Recursión

Camino de máxima suma en una matriz

PorJosé A. Alonso 16-marzo-201825-abril-2021

Los caminos desde el extremo superior izquierdo (posición (1,1)) hasta el extremo inferior derecho (posición (3,4)) en la matriz

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

( 1 6 11 2 )

( 7 12 3 8 )

( 3 8 4 9 )

moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha, son los siguientes:

   1, 7,  3, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 12, 8, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 3, 4, 9
   1, 6, 11, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 2, 8, 9

1, 7, 3, 8, 4, 9

1, 7, 12, 8, 4, 9

1, 7, 12, 3, 4, 9

1, 7, 12, 3, 8, 9

1, 6, 12, 8, 4, 9

1, 6, 12, 3, 4, 9

1, 6, 12, 3, 8, 9

1, 6, 11, 3, 4, 9

1, 6, 11, 3, 8, 9

1, 6, 11, 2, 8, 9

Las sumas de los caminos son 32, 41, 36, 40, 40, 35, 39, 34, 38 y 37, respectivamente. El camino de máxima suma es el segundo (1, 7, 12, 8, 4, 9) que tiene una suma de 41.

Definir la función

   caminoMaxSuma :: Matrix Int -> [Int]

1	caminoMaxSuma :: Matrix Int -> [Int]

tal que (caminoMaxSuma m) es un camino de máxima suma en la matriz m desde el extremo superior izquierdo hasta el extremo inferior derecho, moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha. Por ejemplo,

   λ> caminoMaxSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])
   [1,7,12,8,4,9]
   λ> sum (caminoMaxSuma (fromList 500 500 [1..]))
   187001249

λ> caminoMaxSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])

[1,7,12,8,4,9]

λ> sum (caminoMaxSuma (fromList 500 500 [1..]))

187001249

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª definición
-- =============

caminoMaxSuma1 :: Matrix Int -> [Int]
caminoMaxSuma1 m =
  head [c | c <- cs, sum c == k] 
  where cs = caminos1 m
        k  = maximum (map sum cs)

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos1 m =
  map reverse (caminos1Aux m (nf,nc))
  where nf = nrows m
        nc = ncols m

-- (caminos1Aux p x) es la lista de los caminos invertidos en la matriz p
-- desde la posición (1,1) hasta la posición x. Por ejemplo,
caminos1Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> [[Int]]
caminos1Aux m (1,1) = [[m!(1,1)]]
caminos1Aux m (1,j) = [[m!(1,k) | k <- [j,j-1..1]]]
caminos1Aux m (i,1) = [[m!(k,1) | k <- [i,i-1..1]]]
caminos1Aux m (i,j) = [m!(i,j) : xs
                      | xs <- caminos1Aux m (i,j-1) ++
                              caminos1Aux m (i-1,j)]

-- 2ª definición
-- =============

caminoMaxSuma2 :: Matrix Int -> [Int]
caminoMaxSuma2 m =
  head [c | c <- cs, sum c == k] 
  where cs = caminos2 m
        k  = maximum (map sum cs)

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos2 m =
  map reverse (matrizCaminos m ! (nrows m, ncols m))

matrizCaminos :: Matrix Int -> Matrix [[Int]]
matrizCaminos m = q
  where
    q = matrix (nrows m) (ncols m) f
    f (1,y) = [[m!(1,z) | z <- [y,y-1..1]]]
    f (x,1) = [[m!(z,1) | z <- [x,x-1..1]]]
    f (x,y) = [m!(x,y) : cs | cs <- q!(x-1,y) ++ q!(x,y-1)]  

-- 3ª definición (con programación dinámica)
-- =========================================

caminoMaxSuma3 :: Matrix Int -> [Int]
caminoMaxSuma3 m = reverse (snd (q ! (nf,nc)))
  where nf = nrows m
        nc = ncols m
        q  = caminoMaxSumaAux m

caminoMaxSumaAux :: Matrix Int -> Matrix (Int,[Int])
caminoMaxSumaAux m = q 
  where
    nf = nrows m
    nc = ncols m
    q  = matrix nf nc f
      where
        f (1,1) = (m!(1,1),[m!(1,1)])
        f (1,j) = (k + m!(1,j), m!(1,j):xs)
          where (k,xs) = q!(1,j-1)
        f (i,1) = (k + m!(i,1), m!(i,1):xs)
          where (k,xs) = q!(i-1,1)        
        f (i,j) | k1 > k2   = (k1 + m!(i,j), m!(i,j):xs)
                | otherwise = (k2 + m!(i,j), m!(i,j):ys)
          where (k1,xs) = q!(i,j-1)
                (k2,ys) = q!(i-1,j)

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

--    λ> length (caminoMaxSuma1 (fromList 11 11 [1..]))
--    21
--    (10.00 secs, 1,510,120,328 bytes)
--    λ> length (caminoMaxSuma2 (fromList 11 11 [1..]))
--    21
--    (3.84 secs, 745,918,544 bytes)
--    λ> length (caminoMaxSuma3 (fromList 11 11 [1..]))
--    21
--    (0.01 secs, 0 bytes)

import Data.Matrix

-- 1ª definición

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

caminoMaxSuma1 :: Matrix Int -> [Int]

caminoMaxSuma1 m =

head [c | c <- cs, sum c == k]

where cs = caminos1 m

k = maximum (map sum cs)

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos1 m =

map reverse (caminos1Aux m (nf,nc))

where nf = nrows m

nc = ncols m

-- (caminos1Aux p x) es la lista de los caminos invertidos en la matriz p

-- desde la posición (1,1) hasta la posición x. Por ejemplo,

caminos1Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> [[Int]]

caminos1Aux m (1,1) = [[m!(1,1)]]

caminos1Aux m (1,j) = [[m!(1,k) | k <- [j,j-1..1]]]

caminos1Aux m (i,1) = [[m!(k,1) | k <- [i,i-1..1]]]

caminos1Aux m (i,j) = [m!(i,j) : xs

| xs <- caminos1Aux m (i,j-1) ++

caminos1Aux m (i-1,j)]

-- 2ª definición

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

caminoMaxSuma2 :: Matrix Int -> [Int]

caminoMaxSuma2 m =

head [c | c <- cs, sum c == k]

where cs = caminos2 m

k = maximum (map sum cs)

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos2 m =

map reverse (matrizCaminos m ! (nrows m, ncols m))

matrizCaminos :: Matrix Int -> Matrix [[Int]]

matrizCaminos m = q

where

q = matrix (nrows m) (ncols m) f

f (1,y) = [[m!(1,z) | z <- [y,y-1..1]]]

f (x,1) = [[m!(z,1) | z <- [x,x-1..1]]]

f (x,y) = [m!(x,y) : cs | cs <- q!(x-1,y) ++ q!(x,y-1)]

-- 3ª definición (con programación dinámica)

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

caminoMaxSuma3 :: Matrix Int -> [Int]

caminoMaxSuma3 m = reverse (snd (q ! (nf,nc)))

where nf = nrows m

nc = ncols m

q = caminoMaxSumaAux m

caminoMaxSumaAux :: Matrix Int -> Matrix (Int,[Int])

caminoMaxSumaAux m = q

where

nf = nrows m

nc = ncols m

q = matrix nf nc f

where

f (1,1) = (m!(1,1),[m!(1,1)])

f (1,j) = (k + m!(1,j), m!(1,j):xs)

where (k,xs) = q!(1,j-1)

f (i,1) = (k + m!(i,1), m!(i,1):xs)

where (k,xs) = q!(i-1,1)

f (i,j) | k1 > k2 = (k1 + m!(i,j), m!(i,j):xs)

| otherwise = (k2 + m!(i,j), m!(i,j):ys)

where (k1,xs) = q!(i,j-1)

(k2,ys) = q!(i-1,j)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (caminoMaxSuma1 (fromList 11 11 [1..]))

-- 21

-- (10.00 secs, 1,510,120,328 bytes)

-- λ> length (caminoMaxSuma2 (fromList 11 11 [1..]))

-- 21

-- (3.84 secs, 745,918,544 bytes)

-- λ> length (caminoMaxSuma3 (fromList 11 11 [1..]))

-- 21

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Máximo de las sumas de los caminos en una matriz

PorJosé A. Alonso 15-marzo-201825-abril-2021

Los caminos desde el extremo superior izquierdo (posición (1,1)) hasta el extremo inferior derecho (posición (3,4)) en la matriz

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

( 1 6 11 2 )

( 7 12 3 8 )

( 3 8 4 9 )

moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha, son los siguientes:

   1, 7,  3, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 12, 8, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 3, 4, 9
   1, 6, 11, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 2, 8, 9

1, 7, 3, 8, 4, 9

1, 7, 12, 8, 4, 9

1, 7, 12, 3, 4, 9

1, 7, 12, 3, 8, 9

1, 6, 12, 8, 4, 9

1, 6, 12, 3, 4, 9

1, 6, 12, 3, 8, 9

1, 6, 11, 3, 4, 9

1, 6, 11, 3, 8, 9

1, 6, 11, 2, 8, 9

Las sumas de los caminos son 32, 41, 36, 40, 40, 35, 39, 34, 38 y 37, respectivamente. El máximo de las suma de los caminos es 41.

Definir la función

   maximaSuma :: Matrix Int -> Int

1	maximaSuma :: Matrix Int -> Int

tal que (maximaSuma m) es el máximo de las sumas de los caminos en la matriz m desde el extremo superior izquierdo hasta el extremo inferior derecho, moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha. Por ejemplo,

   λ> maximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])
   41
   λ> maximaSuma (fromList 800 800 [1..])
   766721999

λ> maximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])

λ> maximaSuma (fromList 800 800 [1..])

766721999

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª definición
-- =============

maximaSuma1 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma1 =
  maximum . map sum . caminos1

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos1 m =
  map reverse (caminos1Aux m (nf,nc))
  where nf = nrows m
        nc = ncols m

-- (caminos1Aux p x) es la lista de los caminos invertidos en la matriz p
-- desde la posición (1,1) hasta la posición x. Por ejemplo,
caminos1Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> [[Int]]
caminos1Aux m (1,1) = [[m!(1,1)]]
caminos1Aux m (1,j) = [[m!(1,k) | k <- [j,j-1..1]]]
caminos1Aux m (i,1) = [[m!(k,1) | k <- [i,i-1..1]]]
caminos1Aux m (i,j) = [m!(i,j) : xs
                      | xs <- caminos1Aux m (i,j-1) ++
                              caminos1Aux m (i-1,j)]

-- 2ª definición
-- =============

maximaSuma2 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma2 =
  maximum . map sum . caminos2

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos2 m =
  map reverse (matrizCaminos m ! (nrows m, ncols m))

matrizCaminos :: Matrix Int -> Matrix [[Int]]
matrizCaminos m = q
  where
    q = matrix (nrows m) (ncols m) f
    f (1,y) = [[m!(1,z) | z <- [y,y-1..1]]]
    f (x,1) = [[m!(z,1) | z <- [x,x-1..1]]]
    f (x,y) = [m!(x,y) : cs | cs <- q!(x-1,y) ++ q!(x,y-1)]  

-- 3ª definicion (por recursión, sin calcular el camino)
-- =====================================================

maximaSuma3 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma3 m = maximaSuma3Aux m (nf,nc)
  where nf = nrows m
        nc = ncols m

-- (maximaSuma3Aux m p) calcula la suma máxima de un camino hasta la
-- posición p. Por ejemplo,
--    λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,4)
--    41
--    λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,3)
--    32
--    λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (2,4)
--    31
maximaSuma3Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> Int
maximaSuma3Aux m (1,1) = m ! (1,1)
maximaSuma3Aux m (1,j) = maximaSuma3Aux m (1,j-1) + m ! (1,j)
maximaSuma3Aux m (i,1) = maximaSuma3Aux m (i-1,1) + m ! (i,1)
maximaSuma3Aux m (i,j) =
  max (maximaSuma3Aux m (i,j-1)) (maximaSuma3Aux m (i-1,j)) + m ! (i,j)

-- 4ª solución (mediante programación dinámica)
-- ============================================

maximaSuma4 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma4 m = q ! (nf,nc)
  where nf = nrows m
        nc = ncols m
        q  = matrizMaximaSuma m

-- (matrizMaximaSuma m) es la matriz donde en cada posición p se
-- encuentra el máxima de las sumas de los caminos desde (1,1) a p en la
-- matriz m. Por ejemplo,   
--    λ> matrizMaximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) 
--    (  1  7 18 20 )
--    (  8 20 23 31 )
--    ( 11 28 32 41 )
matrizMaximaSuma :: Matrix Int -> Matrix Int
matrizMaximaSuma m = q 
  where nf = nrows m
        nc = ncols m
        q  = matrix nf nc f
          where  f (1,1) = m ! (1,1)
                 f (1,j) = q ! (1,j-1) + m ! (1,j)
                 f (i,1) = q ! (i-1,1) + m ! (i,1)
                 f (i,j) = max (q ! (i,j-1)) (q ! (i-1,j)) + m ! (i,j)

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

--    λ> maximaSuma1 (fromList 8 8 [1..])
--    659
--    (0.11 secs, 31,853,136 bytes)
--    λ> maximaSuma1a (fromList 8 8 [1..])
--    659
--    (0.09 secs, 19,952,640 bytes)
-- 
--    λ> maximaSuma1 (fromList 10 10 [1..])
--    1324
--    (2.25 secs, 349,722,744 bytes)
--    λ> maximaSuma2 (fromList 10 10 [1..])
--    1324
--    (0.76 secs, 151,019,296 bytes)
--    
--    λ> maximaSuma2 (fromList 11 11 [1..])
--    1781
--    (3.02 secs, 545,659,632 bytes)
--    λ> maximaSuma3 (fromList 11 11 [1..])
--    1781
--    (1.57 secs, 210,124,912 bytes)
--    
--    λ> maximaSuma3 (fromList 12 12 [1..])
--    2333
--    (5.60 secs, 810,739,032 bytes)
--    λ> maximaSuma4 (fromList 12 12 [1..])
--    2333
--    (0.01 secs, 23,154,776 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

import Data.Matrix

-- 1ª definición

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

maximaSuma1 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma1 =

maximum . map sum . caminos1

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos1 m =

map reverse (caminos1Aux m (nf,nc))

where nf = nrows m

nc = ncols m

-- (caminos1Aux p x) es la lista de los caminos invertidos en la matriz p

-- desde la posición (1,1) hasta la posición x. Por ejemplo,

caminos1Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> [[Int]]

caminos1Aux m (1,1) = [[m!(1,1)]]

caminos1Aux m (1,j) = [[m!(1,k) | k <- [j,j-1..1]]]

caminos1Aux m (i,1) = [[m!(k,1) | k <- [i,i-1..1]]]

caminos1Aux m (i,j) = [m!(i,j) : xs

| xs <- caminos1Aux m (i,j-1) ++

caminos1Aux m (i-1,j)]

-- 2ª definición

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

maximaSuma2 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma2 =

maximum . map sum . caminos2

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos2 m =

map reverse (matrizCaminos m ! (nrows m, ncols m))

matrizCaminos :: Matrix Int -> Matrix [[Int]]

matrizCaminos m = q

where

q = matrix (nrows m) (ncols m) f

f (1,y) = [[m!(1,z) | z <- [y,y-1..1]]]

f (x,1) = [[m!(z,1) | z <- [x,x-1..1]]]

f (x,y) = [m!(x,y) : cs | cs <- q!(x-1,y) ++ q!(x,y-1)]

-- 3ª definicion (por recursión, sin calcular el camino)

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

maximaSuma3 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma3 m = maximaSuma3Aux m (nf,nc)

where nf = nrows m

nc = ncols m

-- (maximaSuma3Aux m p) calcula la suma máxima de un camino hasta la

-- posición p. Por ejemplo,

-- λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,4)

-- 41

-- λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,3)

-- 32

-- λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (2,4)

-- 31

maximaSuma3Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> Int

maximaSuma3Aux m (1,1) = m ! (1,1)

maximaSuma3Aux m (1,j) = maximaSuma3Aux m (1,j-1) + m ! (1,j)

maximaSuma3Aux m (i,1) = maximaSuma3Aux m (i-1,1) + m ! (i,1)

maximaSuma3Aux m (i,j) =

max (maximaSuma3Aux m (i,j-1)) (maximaSuma3Aux m (i-1,j)) + m ! (i,j)

-- 4ª solución (mediante programación dinámica)

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

maximaSuma4 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma4 m = q ! (nf,nc)

where nf = nrows m

nc = ncols m

q = matrizMaximaSuma m

-- (matrizMaximaSuma m) es la matriz donde en cada posición p se

-- encuentra el máxima de las sumas de los caminos desde (1,1) a p en la

-- matriz m. Por ejemplo,

-- λ> matrizMaximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])

-- ( 1 7 18 20 )

-- ( 8 20 23 31 )

-- ( 11 28 32 41 )

matrizMaximaSuma :: Matrix Int -> Matrix Int

matrizMaximaSuma m = q

where nf = nrows m

nc = ncols m

q = matrix nf nc f

where f (1,1) = m ! (1,1)

f (1,j) = q ! (1,j-1) + m ! (1,j)

f (i,1) = q ! (i-1,1) + m ! (i,1)

f (i,j) = max (q ! (i,j-1)) (q ! (i-1,j)) + m ! (i,j)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> maximaSuma1 (fromList 8 8 [1..])

-- 659

-- (0.11 secs, 31,853,136 bytes)

-- λ> maximaSuma1a (fromList 8 8 [1..])

-- 659

-- (0.09 secs, 19,952,640 bytes)

-- λ> maximaSuma1 (fromList 10 10 [1..])

-- 1324

-- (2.25 secs, 349,722,744 bytes)

-- λ> maximaSuma2 (fromList 10 10 [1..])

-- 1324

-- (0.76 secs, 151,019,296 bytes)

-- λ> maximaSuma2 (fromList 11 11 [1..])

-- 1781

-- (3.02 secs, 545,659,632 bytes)

-- λ> maximaSuma3 (fromList 11 11 [1..])

-- 1781

-- (1.57 secs, 210,124,912 bytes)

-- λ> maximaSuma3 (fromList 12 12 [1..])

-- 2333

-- (5.60 secs, 810,739,032 bytes)

-- λ> maximaSuma4 (fromList 12 12 [1..])

-- 2333

-- (0.01 secs, 23,154,776 bytes)

Caminos en una matriz

PorJosé A. Alonso 14-marzo-201825-abril-2021

Los caminos desde el extremo superior izquierdo (posición (1,1)) hasta el extremo inferior derecho (posición (3,4)) en la matriz

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

( 1 6 11 2 )

( 7 12 3 8 )

( 3 8 4 9 )

moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha, son los siguientes:

   1, 7,  3, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 12, 8, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 3, 4, 9
   1, 6, 11, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 2, 8, 9

1, 7, 3, 8, 4, 9

1, 7, 12, 8, 4, 9

1, 7, 12, 3, 4, 9

1, 7, 12, 3, 8, 9

1, 6, 12, 8, 4, 9

1, 6, 12, 3, 4, 9

1, 6, 12, 3, 8, 9

1, 6, 11, 3, 4, 9

1, 6, 11, 3, 8, 9

1, 6, 11, 2, 8, 9

Definir la función

   caminos :: Matrix Int -> [[Int]]

1	caminos :: Matrix Int -> [[Int]]

tal que (caminos m) es la lista de los caminos en la matriz m desde el extremo superior izquierdo hasta el extremo inferior derecho, moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha. Por ejemplo,

   λ> caminos (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])
   [[1,7, 3,8,4,9],
    [1,7,12,8,4,9],
    [1,7,12,3,4,9],
    [1,7,12,3,8,9],
    [1,6,12,8,4,9],
    [1,6,12,3,4,9],
    [1,6,12,3,8,9],
    [1,6,11,3,4,9],
    [1,6,11,3,8,9],
    [1,6,11,2,8,9]]
   λ> length (caminos (fromList 12 13 [1..]))
   1352078

λ> caminos (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])

[[1,7, 3,8,4,9],

[1,7,12,8,4,9],

[1,7,12,3,4,9],

[1,7,12,3,8,9],

[1,6,12,8,4,9],

[1,6,12,3,4,9],

[1,6,12,3,8,9],

[1,6,11,3,4,9],

[1,6,11,3,8,9],

[1,6,11,2,8,9]]

λ> length (caminos (fromList 12 13 [1..]))

1352078

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª definición de caminos (por recursión)
-- ----------------------------------------

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos1 a = aux (1,1)
  where
    aux (i,j)
      | i == m           = [[a!(i,k) | k <- [j..n]]]
      | j == n           = [[a!(k,j) | k <- [i..m]]]
      | otherwise        = [a!(i,j) : cs | cs <- aux (i+1,j) ++ aux (i,j+1)]
      where m = nrows a
            n = ncols a

-- 2ª solución (mediante programación dinámica)
-- --------------------------------------------

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos2 a = q ! (1,1)
  where
    q = matrix m n f
    m = nrows a
    n = ncols a
    f (i,j) | i == m    = [[a!(i,k) | k <- [j..n]]]
            | j == n    = [[a!(k,j) | k <- [i..m]]]
            | otherwise = [a!(i,j) : cs | cs <- q!(i+1,j) ++ q!(i,j+1)]  

-- 3ª solución
-- ===========

caminos3 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos3 a
  | m == 1 || n == 1 = [toList a]
  | otherwise = map (a ! (1,1):) (caminos3 (submatrix 2 m 1 n a) ++
                                  caminos3 (submatrix 1 m 2 n a)) 
  where m = nrows a
        n = ncols a

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

--    λ> length (caminos1 (fromList 11 11 [1..]))
--    184756
--    (4.15 secs, 738,764,712 bytes)
--    λ> length (caminos2 (fromList 11 11 [1..]))
--    184756
--    (0.74 secs, 115,904,952 bytes)
--    λ> length (caminos3 (fromList 11 11 [1..]))
--    184756
--    (2.22 secs, 614,472,136 bytes)

import Data.Matrix

-- 1ª definición de caminos (por recursión)

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

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos1 a = aux (1,1)

where

aux (i,j)

| i == m = [[a!(i,k) | k <- [j..n]]]

| j == n = [[a!(k,j) | k <- [i..m]]]

| otherwise = [a!(i,j) : cs | cs <- aux (i+1,j) ++ aux (i,j+1)]

where m = nrows a

n = ncols a

-- 2ª solución (mediante programación dinámica)

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

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos2 a = q ! (1,1)

where

q = matrix m n f

m = nrows a

n = ncols a

f (i,j) | i == m = [[a!(i,k) | k <- [j..n]]]

| j == n = [[a!(k,j) | k <- [i..m]]]

| otherwise = [a!(i,j) : cs | cs <- q!(i+1,j) ++ q!(i,j+1)]

-- 3ª solución

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

caminos3 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos3 a

| m == 1 || n == 1 = [toList a]

| otherwise = map (a ! (1,1):) (caminos3 (submatrix 2 m 1 n a) ++

caminos3 (submatrix 1 m 2 n a))

where m = nrows a

n = ncols a

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (caminos1 (fromList 11 11 [1..]))

-- 184756

-- (4.15 secs, 738,764,712 bytes)

-- λ> length (caminos2 (fromList 11 11 [1..]))

-- 184756

-- (0.74 secs, 115,904,952 bytes)

-- λ> length (caminos3 (fromList 11 11 [1..]))

-- 184756

-- (2.22 secs, 614,472,136 bytes)

Suma de las alturas de los nodos de un árbol

PorJosé A. Alonso 13-marzo-201820-marzo-2018

Las árboles binarios se pueden representar con el siguiente tipo

   data Arbol a = H
                | N a (Arbol a) (Arbol a)
     deriving Show

data Arbol a = H

| N a (Arbol a) (Arbol a)

deriving Show

Por ejemplo, el árbol

/ \

2 3

/ \

4 5

se representa por

   ej1 :: Arbol Int
   ej1 = N 1 (N 2 (N 4 H H) (N 5 H H)) (N 3 H H)

1 2	ej1 :: Arbol Int ej1 = N 1 (N 2 (N 4 H H) (N 5 H H)) (N 3 H H)

La altura de cada elemento del árbol es la máxima distancia a las hojas en su rama. Por ejemplo, en el árbol anterior, la altura de 1 es 3, la de 2 es 2, la de 3 es 1, la de 4 es 1 y la de 5 es 1.

Definir la función

   sumaAlturas :: Arbol t -> Int

1	sumaAlturas :: Arbol t -> Int

tal que (sumaAlturas a) es la suma de las alturas de los elementos de a. Por ejemplo,

   λ> sumaAlturas (N 1 (N 2 (N 4 H H) (N 5 H H)) (N 3 H H))
   8
   λ> sumaAlturas (N 1 (N 2 (N 4 H H) H) (N 3 H H))
   7
   λ> sumaAlturas (N 1 (N 2 (N 4 H H) H) (N 2 (N 4 H H) (N 5 H H)))
   10

λ> sumaAlturas (N 1 (N 2 (N 4 H H) (N 5 H H)) (N 3 H H))

λ> sumaAlturas (N 1 (N 2 (N 4 H H) H) (N 3 H H))

λ> sumaAlturas (N 1 (N 2 (N 4 H H) H) (N 2 (N 4 H H) (N 5 H H)))

Soluciones

data Arbol a = H
             | N a (Arbol a) (Arbol a)
  deriving Show

-- 1ª definición
-- =============

sumaAlturas :: Arbol t -> Int
sumaAlturas H = 0
sumaAlturas a@(N _ i d) = altura a + sumaAlturas i + sumaAlturas d 

-- (altura a) es la altura del árbol a. Por ejemplo,
--    altura H                          ==  0
--    altura (N 7 H H)                  ==  1
--    altura (N 7 (N 5 H H) H)          ==  2
--    altura (N 7 (N 5 H (N 6 H H)) H)  ==  3
altura :: Arbol t -> Int
altura H         = 0
altura (N _ i d) = 1 + max (altura i) (altura d)

-- 2ª definición
-- =============

sumaAlturas2 :: Arbol t -> Int
sumaAlturas2 = snd . alturaYsumaAlturas

-- (alturaYsumaAlturas a) es el par formado por la altura del árbol a y
-- la suma de las alturas de los nodos de a. Por ejemplo,
--    alturaYsumaAlturas H                          ==  (0,0)
--    alturaYsumaAlturas (N 7 H H)                  ==  (1,1)
--    alturaYsumaAlturas (N 7 (N 5 H H) H)          ==  (2,3)
--    alturaYsumaAlturas (N 7 (N 5 H (N 6 H H)) H)  ==  (3,6)
alturaYsumaAlturas :: Arbol t -> (Int,Int)
alturaYsumaAlturas H         = (0,0)
alturaYsumaAlturas (N _ i d) = (a,a + si + sd)
  where (ai,si) = alturaYsumaAlturas i
        (ad,sd) = alturaYsumaAlturas d
        a       = 1 + max ai ad

-- 3ª definición
-- =============

sumaAlturas3 :: Arbol t -> Int
sumaAlturas3 = sum . alturas
 
-- (alturas a) es la lista de las alturas de los nodos del árbol a. Por
-- ejemplo, 
--    alturas H                          ==  [0]
--    alturas (N 7 H H)                  ==  [1,0,0]
--    alturas (N 7 (N 5 H H) H)          ==  [2,1,0,0,0]
--    alturas (N 7 (N 5 H (N 6 H H)) H)  ==  [3,2,0,1,0,0,0]
alturas :: Arbol t -> [Int]
alturas H         = [0]
alturas (N _ a b) = (1 + max x y) : xs ++ ys
  where xs@(x : _) = alturas a
        ys@(y : _) = alturas b

data Arbol a = H

| N a (Arbol a) (Arbol a)

deriving Show

-- 1ª definición

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

sumaAlturas :: Arbol t -> Int

sumaAlturas H = 0

sumaAlturas a@(N _ i d) = altura a + sumaAlturas i + sumaAlturas d

-- (altura a) es la altura del árbol a. Por ejemplo,

-- altura H == 0

-- altura (N 7 H H) == 1

-- altura (N 7 (N 5 H H) H) == 2

-- altura (N 7 (N 5 H (N 6 H H)) H) == 3

altura :: Arbol t -> Int

altura H = 0

altura (N _ i d) = 1 + max (altura i) (altura d)

-- 2ª definición

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

sumaAlturas2 :: Arbol t -> Int

sumaAlturas2 = snd . alturaYsumaAlturas

-- (alturaYsumaAlturas a) es el par formado por la altura del árbol a y

-- la suma de las alturas de los nodos de a. Por ejemplo,

-- alturaYsumaAlturas H == (0,0)

-- alturaYsumaAlturas (N 7 H H) == (1,1)

-- alturaYsumaAlturas (N 7 (N 5 H H) H) == (2,3)

-- alturaYsumaAlturas (N 7 (N 5 H (N 6 H H)) H) == (3,6)

alturaYsumaAlturas :: Arbol t -> (Int,Int)

alturaYsumaAlturas H = (0,0)

alturaYsumaAlturas (N _ i d) = (a,a + si + sd)

where (ai,si) = alturaYsumaAlturas i

(ad,sd) = alturaYsumaAlturas d

a = 1 + max ai ad

-- 3ª definición

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

sumaAlturas3 :: Arbol t -> Int

sumaAlturas3 = sum . alturas

-- (alturas a) es la lista de las alturas de los nodos del árbol a. Por

-- ejemplo,

-- alturas H == [0]

-- alturas (N 7 H H) == [1,0,0]

-- alturas (N 7 (N 5 H H) H) == [2,1,0,0,0]

-- alturas (N 7 (N 5 H (N 6 H H)) H) == [3,2,0,1,0,0,0]

alturas :: Arbol t -> [Int]

alturas H = [0]

alturas (N _ a b) = (1 + max x y) : xs ++ ys

where xs@(x : _) = alturas a

ys@(y : _) = alturas b

Suma de las sumas de los cuadrados de los divisores

PorJosé A. Alonso 7-marzo-201814-marzo-2018

La suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de los 6 primeros números enteros positivos es

     1² + (1²+2²) + (1²+3²) + (1²+2²+4²) + (1²+5²) + (1²+2²+3²+6²)
   = 1  + 5       + 10      + 21         + 26      + 50
   = 113

1² + (1²+2²) + (1²+3²) + (1²+2²+4²) + (1²+5²) + (1²+2²+3²+6²)

= 1 + 5 + 10 + 21 + 26 + 50

= 113

Definir la función

   sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

1	sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

tal que (sumaSumasCuadradosDivisores n) es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de los n primeros números enteros positivos. Por ejemplo,

   sumaSumasCuadradosDivisores 6       ==  113
   sumaSumasCuadradosDivisores (10^6)  ==  400686363385965077

1 2	sumaSumasCuadradosDivisores 6 == 113 sumaSumasCuadradosDivisores (10^6) == 400686363385965077

Soluciones

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores n =
  sum [sumaCuadradosDivisores k | k <- [1..n]]

-- (sumaCuadradosDivisores n) es la suma de los cuadrados de los
-- divisores de n. Por ejemplo,
--    sumaCuadradosDivisores 6  ==  50
sumaCuadradosDivisores :: Integer -> Integer
sumaCuadradosDivisores n = sum (map (^2) (divisores n))

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

-- 2ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores2 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores2 n =
  sumasSumasCuadradosDivisores `genericIndex` (n-1)

-- sumasSumasCuadradosDivisores es la sucesión cuyo n-ésimo término es
-- la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de n. Por
-- ejemplo, 
--    take 6 sumasSumasCuadradosDivisores  ==  [1,6,16,37,63,113]
sumasSumasCuadradosDivisores :: [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores = 1 : sig 1 2
  where sig m n = y : sig y (n+1)
          where y = m + sumaCuadradosDivisores n

-- 3ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores3 n =
  last (sumasSumasCuadradosDivisores3 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores3 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término
-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para
-- k entre 0 y n. Por ejemplo, 
--    sumasSumasCuadradosDivisores3 6  ==  [0,6,18,36,52,77,113]
sumasSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores3 n = scanl f 0 [1..n]
  where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 4ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores4 n =
  last (sumasSumasCuadradosDivisores4 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores4 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término
-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para
-- k entre 0 y n. Por ejemplo, 
--    sumasSumasCuadradosDivisores4 6  ==  [0,6,18,36,52,77,113]
sumasSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores4 n = scanl1 f [0,1..n]
  where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 5ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores5 n =
  last (sumasSumasCuadradosDivisores5 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores5 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término
-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para
-- k entre 0 y n. Por ejemplo, 
--    sumasSumasCuadradosDivisores5 6  ==  [0,6,18,36,52,77,113]
sumasSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores5 n = scanl1 f [0,1..n]
  where f x k = x + k * (n - (n `mod` k))

-- 6ª solución
-- ===========

-- Cada elemento k de [1..n], al cuadrado, aparece tantas veces como la
-- parte entera de n/k; luego,
--    sumaSumasCuadradosDivisores n =
--       1^2*n + 2^2*(n `div` 2) + 3^2*(n `div` 3) + ... + n^2*1

sumaSumasCuadradosDivisores6 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores6 n = sum (zipWith (*) ds vs)
  where ds = map (^2) [1..n]
        vs = [n `div` k | k <- [1..n]]

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

--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores (3*10^3)
--    10825397502
--    (3.29 secs, 468,721,192 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores2 (3*10^3)
--    10825397502
--    (3.25 secs, 469,462,600 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 2,788,752 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 2,813,304 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 1,467,056 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 3,291,664 bytes)
--    
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (2.34 secs, 440,961,640 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (2.29 secs, 444,962,904 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (1.23 secs, 220,960,152 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (2.76 secs, 524,962,464 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

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125

126

127

128

129

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores n =

sum [sumaCuadradosDivisores k | k <- [1..n]]

-- (sumaCuadradosDivisores n) es la suma de los cuadrados de los

-- divisores de n. Por ejemplo,

-- sumaCuadradosDivisores 6 == 50

sumaCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

sumaCuadradosDivisores n = sum (map (^2) (divisores n))

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

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

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores 1 = [1]

divisores n = 1 : n : [x | x <- [2..n `div` 2], n `mod` x == 0]

-- 2ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores2 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores2 n =

sumasSumasCuadradosDivisores `genericIndex` (n-1)

-- sumasSumasCuadradosDivisores es la sucesión cuyo n-ésimo término es

-- la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de n. Por

-- ejemplo,

-- take 6 sumasSumasCuadradosDivisores == [1,6,16,37,63,113]

sumasSumasCuadradosDivisores :: [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores = 1 : sig 1 2

where sig m n = y : sig y (n+1)

where y = m + sumaCuadradosDivisores n

-- 3ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores3 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores3 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores3 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término

-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

-- sumasSumasCuadradosDivisores3 6 == [0,6,18,36,52,77,113]

sumasSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores3 n = scanl f 0 [1..n]

where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 4ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores4 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores4 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores4 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término

-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

-- sumasSumasCuadradosDivisores4 6 == [0,6,18,36,52,77,113]

sumasSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores4 n = scanl1 f [0,1..n]

where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 5ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores5 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores5 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores5 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término

-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

-- sumasSumasCuadradosDivisores5 6 == [0,6,18,36,52,77,113]

sumasSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores5 n = scanl1 f [0,1..n]

where f x k = x + k * (n - (n `mod` k))

-- 6ª solución

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

-- Cada elemento k de [1..n], al cuadrado, aparece tantas veces como la

-- parte entera de n/k; luego,

-- sumaSumasCuadradosDivisores n =

-- 1^2*n + 2^2*(n `div` 2) + 3^2*(n `div` 3) + ... + n^2*1

sumaSumasCuadradosDivisores6 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores6 n = sum (zipWith (*) ds vs)

where ds = map (^2) [1..n]

vs = [n `div` k | k <- [1..n]]

-- Comparación de eficiencia:

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

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores (3*10^3)

-- 10825397502

-- (3.29 secs, 468,721,192 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores2 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (3.25 secs, 469,462,600 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 2,788,752 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 2,813,304 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 1,467,056 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 3,291,664 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (2.34 secs, 440,961,640 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (2.29 secs, 444,962,904 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (1.23 secs, 220,960,152 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (2.76 secs, 524,962,464 bytes)

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