reverse

Árbol de divisores

PorJosé A. Alonso 21-diciembre-201828-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.

El árbol de los divisores de un número x es el árbol que tiene como raíz el número x y cada nodo tiene como hijos sus divisores propios maximales. Por ejemplo, el árbol de divisores de 30 es

          30
          /|\
         / | \
        /  |  \
       /   |   \
      /    |    \
     6    10    15
    / \   / \   / \
   2   3 2   5 3   5

/|\

/ | \

6 10 15

/ \ / \ / \

2 3 2 5 3 5

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 30
     [N 6
        [N 2 [N 1 []],
         N 3 [N 1 []]],
      N 10
        [N 2 [N 1 []],
         N 5 [N 1 []]],
      N 15
        [N 3 [N 1 []],
         N 5 [N 1 []]]]

N 30

[N 6

[N 2 [N 1 []],

N 3 [N 1 []]],

N 10

[N 2 [N 1 []],

N 5 [N 1 []]],

N 15

[N 3 [N 1 []],

N 5 [N 1 []]]]

Definir las funciones

   arbolDivisores             :: Integer -> Arbol
   nOcurrenciasArbolDivisores :: Integer -> Integer -> Integer

1 2	arbolDivisores :: Integer -> Arbol nOcurrenciasArbolDivisores :: Integer -> Integer -> Integer

tales que

(arbolDivisores x) es el árbol de los divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> arbolDivisores 30
     N 30 [N 6  [N 2 [N 1 []],N 3 [N 1 []]],
           N 10 [N 2 [N 1 []],N 5 [N 1 []]],
           N 15 [N 3 [N 1 []],N 5 [N 1 []]]]

λ> arbolDivisores 30

N 30 [N 6 [N 2 [N 1 []],N 3 [N 1 []]],

N 10 [N 2 [N 1 []],N 5 [N 1 []]],

N 15 [N 3 [N 1 []],N 5 [N 1 []]]]

(nOcurrenciasArbolDivisores x y) es el número de veces que aparece el número x en el árbol de los divisores del número y. Por ejemplo,

     nOcurrenciasArbolDivisores  3 30  ==  2
     nOcurrenciasArbolDivisores  6 30  ==  1
     nOcurrenciasArbolDivisores 30 30  ==  1
     nOcurrenciasArbolDivisores  1 30  ==  6
     nOcurrenciasArbolDivisores  9 30  ==  0
     nOcurrenciasArbolDivisores  2 (product [1..10])  ==  360360
     nOcurrenciasArbolDivisores  3 (product [1..10])  ==  180180
     nOcurrenciasArbolDivisores  5 (product [1..10])  ==  90090
     nOcurrenciasArbolDivisores  7 (product [1..10])  ==  45045
     nOcurrenciasArbolDivisores  6 (product [1..10])  ==  102960
     nOcurrenciasArbolDivisores 10 (product [1..10])  ==  51480
     nOcurrenciasArbolDivisores 14 (product [1..10])  ==  25740

nOcurrenciasArbolDivisores 3 30 == 2

nOcurrenciasArbolDivisores 6 30 == 1

nOcurrenciasArbolDivisores 30 30 == 1

nOcurrenciasArbolDivisores 1 30 == 6

nOcurrenciasArbolDivisores 9 30 == 0

nOcurrenciasArbolDivisores 2 (product [1..10]) == 360360

nOcurrenciasArbolDivisores 3 (product [1..10]) == 180180

nOcurrenciasArbolDivisores 5 (product [1..10]) == 90090

nOcurrenciasArbolDivisores 7 (product [1..10]) == 45045

nOcurrenciasArbolDivisores 6 (product [1..10]) == 102960

nOcurrenciasArbolDivisores 10 (product [1..10]) == 51480

nOcurrenciasArbolDivisores 14 (product [1..10]) == 25740

Soluciones

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

data Arbol = N Integer [Arbol]
  deriving (Eq, Show)

-- Definición de arbolDivisores
-- ============================

arbolDivisores :: Integer -> Arbol
arbolDivisores x =
  N x (map arbolDivisores (divisoresPropiosMaximales x))

-- (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]
divisoresPropiosMaximales :: Integer -> [Integer]
divisoresPropiosMaximales x =
  reverse [x `div` y | y <- nub (primeFactors x)]

-- Definición de nOcurrenciasArbolDivisores
-- ========================================
  
nOcurrenciasArbolDivisores :: Integer -> Integer -> Integer
nOcurrenciasArbolDivisores x y =
  nOcurrencias x (arbolDivisores y)

-- (nOcurrencias x a) es el número de veces que aprece x en el árbol
-- a. Por ejemplo,
--    nOcurrencias 3 (arbolDivisores 30)  ==  2
nOcurrencias :: Integer -> Arbol -> Integer
nOcurrencias x (N y [])
  | x == y    = 1
  | otherwise = 0
nOcurrencias x (N y zs)
  | x == y    = 1 + sum [nOcurrencias x z | z <- zs]
  | otherwise = sum [nOcurrencias x z | z <- zs]

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Data.List (genericLength, group, nub)

data Arbol = N Integer [Arbol]

deriving (Eq, Show)

-- Definición de arbolDivisores

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

arbolDivisores :: Integer -> Arbol

arbolDivisores x =

N x (map arbolDivisores (divisoresPropiosMaximales x))

-- (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]

divisoresPropiosMaximales :: Integer -> [Integer]

divisoresPropiosMaximales x =

reverse [x `div` y | y <- nub (primeFactors x)]

-- Definición de nOcurrenciasArbolDivisores

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

nOcurrenciasArbolDivisores :: Integer -> Integer -> Integer

nOcurrenciasArbolDivisores x y =

nOcurrencias x (arbolDivisores y)

-- (nOcurrencias x a) es el número de veces que aprece x en el árbol

-- a. Por ejemplo,

-- nOcurrencias 3 (arbolDivisores 30) == 2

nOcurrencias :: Integer -> Arbol -> Integer

nOcurrencias x (N y [])

| x == y = 1

| otherwise = 0

nOcurrencias x (N y zs)

| x == y = 1 + sum [nOcurrencias x z | z <- zs]

| otherwise = sum [nOcurrencias x z | z <- zs]

Pensamiento

«¿Dónde está la utilidad
de nuestras utilidades?
Volvamos a la verdad:
vanidad de vanidades.»

Antonio Machado

Divisores propios maximales

PorJosé A. Alonso 20-diciembre-201827-diciembre-2018

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

Elemento del árbol binario completo según su posición

PorJosé A. Alonso 6-diciembre-201817-enero-2019

Un árbol binario completo es un árbol binario que tiene todos los nodos posibles hasta el penúltimo nivel, y donde los elementos del último nivel están colocados de izquierda a derecha sin dejar huecos entre ellos.

La numeración de los árboles binarios completos se realiza a partir de la raíz, recorriendo los niveles de izquierda a derecha. Por ejemplo,

                  1
                 /  \
                /    \
               /      \
              2        3
             / \      / \
            4   5    6   7
           / \ 
          8   9

/ \

2 3

/ \ / \

4 5 6 7

/ \

8 9

Los árboles binarios se puede representar mediante el siguiente tipo

   data Arbol = H
              | N Integer Arbol Arbol
     deriving (Show, Eq)

data Arbol = H

| N Integer Arbol Arbol

deriving (Show, Eq)

Cada posición de un elemento de un árbol es una lista de movimientos hacia la izquierda o hacia la derecha. Por ejemplo, la posición de 9 en al árbol anterior es [I,I,D].

Los tipos de los movimientos y de las posiciones se definen por

   data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)
   type Posicion   = [Movimiento]

1 2	data Movimiento = I \| D deriving (Show, Eq) type Posicion = [Movimiento]

Definir la función

   elementoEnPosicion :: Posicion -> Integer

1	elementoEnPosicion :: Posicion -> Integer

tal que (elementoEnPosicion ms) es el elemento en la posición ms. Por ejemplo,

   elementoEnPosicion [D,I]    ==  6
   elementoEnPosicion [D,D]    ==  7
   elementoEnPosicion [I,I,D]  ==  9
   elementoEnPosicion []       ==  1

elementoEnPosicion [D,I] == 6

elementoEnPosicion [D,D] == 7

elementoEnPosicion [I,I,D] == 9

elementoEnPosicion [] == 1

Soluciones

import Test.QuickCheck

data Arbol = H
           | N Integer Arbol Arbol
  deriving (Eq, Show)

data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)

type Posicion = [Movimiento]

-- 1ª solución
-- ===========

elementoEnPosicion :: Posicion -> Integer
elementoEnPosicion ms =
  aux ms (arbolBinarioCompleto (2^(1 + length ms)))
  where aux []     (N x _ _) = x
        aux (I:ms) (N _ i _) = aux ms i
        aux (D:ms) (N _ _ d) = aux ms d

-- (arbolBinarioCompleto n) es el árbol binario completo con n
-- nodos. Por ejemplo, 
--    λ> arbolBinarioCompleto 4
--    N 1 (N 2 (N 4 H H) H) (N 3 H H)
--    λ> pPrint (arbolBinarioCompleto 9)
--    N 1
--      (N 2
--         (N 4
--            (N 8 H H)
--            (N 9 H H))
--         (N 5 H H))
--      (N 3
--         (N 6 H H)
--         (N 7 H H))
arbolBinarioCompleto :: Integer -> Arbol
arbolBinarioCompleto n = aux 1
  where aux i | i <= n    = N i (aux (2*i)) (aux (2*i+1))
              | otherwise = H

-- 2ª solución
-- ===========

elementoEnPosicion2 :: Posicion -> Integer
elementoEnPosicion2 = aux . reverse
  where aux []     = 1
        aux (I:ms) = 2 * aux ms
        aux (D:ms) = 2 * aux ms + 1

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

-- La propiedad es
prop_elementoEnPosicion_equiv :: Positive Integer -> Bool
prop_elementoEnPosicion_equiv (Positive n) =
  elementoEnPosicion  ps == n &&
  elementoEnPosicion2 ps == n 
  where ps = posicionDeElemento n

-- tal que (posicionDeElemento n) es la posición del elemento n en el
-- árbol binario completo. Por ejemplo,
--    posicionDeElemento 6  ==  [D,I]
--    posicionDeElemento 7  ==  [D,D]
--    posicionDeElemento 9  ==  [I,I,D]
--    posicionDeElemento 1  ==  []
posicionDeElemento :: Integer -> Posicion
posicionDeElemento n =
  [f x | x <- tail (reverse (binario n))]
  where f 0 = I
        f 1 = D

-- (binario n) es la lista de los dígitos de la representación binaria
-- de n. Por ejemplo,
--    binario 11  ==  [1,1,0,1]
binario :: Integer -> [Integer]
binario n
  | n < 2     = [n]
  | otherwise = n `mod` 2 : binario (n `div` 2)

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

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

--    λ> length (show (elementoEnPosicion (replicate (3*10^5) D)))
--    90310
--    (1.96 secs, 11,518,771,016 bytes)
--    λ> length (show (elementoEnPosicion2 (replicate (3*10^5) D)))
--    90310
--    (14.32 secs, 11,508,181,176 bytes)

import Test.QuickCheck

data Arbol = H

| N Integer Arbol Arbol

deriving (Eq, Show)

data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)

type Posicion = [Movimiento]

-- 1ª solución

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

elementoEnPosicion :: Posicion -> Integer

elementoEnPosicion ms =

aux ms (arbolBinarioCompleto (2^(1 + length ms)))

where aux [] (N x _ _) = x

aux (I:ms) (N _ i _) = aux ms i

aux (D:ms) (N _ _ d) = aux ms d

-- (arbolBinarioCompleto n) es el árbol binario completo con n

-- nodos. Por ejemplo,

-- λ> arbolBinarioCompleto 4

-- N 1 (N 2 (N 4 H H) H) (N 3 H H)

-- λ> pPrint (arbolBinarioCompleto 9)

-- N 1

-- (N 2

-- (N 4

-- (N 8 H H)

-- (N 9 H H))

-- (N 5 H H))

-- (N 3

-- (N 6 H H)

-- (N 7 H H))

arbolBinarioCompleto :: Integer -> Arbol

arbolBinarioCompleto n = aux 1

where aux i | i <= n = N i (aux (2*i)) (aux (2*i+1))

| otherwise = H

-- 2ª solución

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

elementoEnPosicion2 :: Posicion -> Integer

elementoEnPosicion2 = aux . reverse

where aux [] = 1

aux (I:ms) = 2 * aux ms

aux (D:ms) = 2 * aux ms + 1

-- Equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_elementoEnPosicion_equiv :: Positive Integer -> Bool

prop_elementoEnPosicion_equiv (Positive n) =

elementoEnPosicion ps == n &&

elementoEnPosicion2 ps == n

where ps = posicionDeElemento n

-- tal que (posicionDeElemento n) es la posición del elemento n en el

-- árbol binario completo. Por ejemplo,

-- posicionDeElemento 6 == [D,I]

-- posicionDeElemento 7 == [D,D]

-- posicionDeElemento 9 == [I,I,D]

-- posicionDeElemento 1 == []

posicionDeElemento :: Integer -> Posicion

posicionDeElemento n =

[f x | x <- tail (reverse (binario n))]

where f 0 = I

f 1 = D

-- (binario n) es la lista de los dígitos de la representación binaria

-- de n. Por ejemplo,

-- binario 11 == [1,1,0,1]

binario :: Integer -> [Integer]

binario n

| n < 2 = [n]

| otherwise = n `mod` 2 : binario (n `div` 2)

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_elementoEnPosicion_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (show (elementoEnPosicion (replicate (3*10^5) D)))

-- 90310

-- (1.96 secs, 11,518,771,016 bytes)

-- λ> length (show (elementoEnPosicion2 (replicate (3*10^5) D)))

-- 90310

-- (14.32 secs, 11,508,181,176 bytes)

Pensamiento

Las más hondas palabras
del sabio nos enseñan
lo que el silbar del viento cuando sopla
o el sonar de las aguas cuando ruedan.

Antonio Machado

Posiciones en árboles binarios completos

PorJosé A. Alonso 5-diciembre-201819-enero-2019

La numeración de los árboles binarios completos se realiza a partir de la raíz, recorriendo los niveles de izquierda a derecha. Por ejemplo,

                  1
                 /  \
                /    \
               /      \
              2        3
             / \      / \
            4   5    6   7
           / \    
          8   9

/ \

2 3

/ \ / \

4 5 6 7

/ \

8 9

Los árboles binarios se puede representar mediante el siguiente tipo

   data Arbol = H
              | N Integer Arbol Arbol
     deriving (Show, Eq)

data Arbol = H

| N Integer Arbol Arbol

deriving (Show, Eq)

Cada posición de un elemento de un árbol es una lista de movimientos hacia la izquierda o hacia la derecha. Por ejemplo, la posición de 9 en al árbol anterior es [I,I,D].

Los tipos de los movimientos y de las posiciones se definen por

   data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)
   type Posicion   = [Movimiento]

1 2	data Movimiento = I \| D deriving (Show, Eq) type Posicion = [Movimiento]

Definir la función

   posicionDeElemento :: Integer -> Posicion

1	posicionDeElemento :: Integer -> Posicion

tal que (posicionDeElemento n) es la posición del elemento n en el árbol binario completo. Por ejemplo,

   posicionDeElemento 6  ==  [D,I]
   posicionDeElemento 7  ==  [D,D]
   posicionDeElemento 9  ==  [I,I,D]
   posicionDeElemento 1  ==  []

   length (posicionDeElemento (10^50000))  ==  166096

posicionDeElemento 6 == [D,I]

posicionDeElemento 7 == [D,D]

posicionDeElemento 9 == [I,I,D]

posicionDeElemento 1 == []

length (posicionDeElemento (10^50000)) == 166096

Soluciones

import Test.QuickCheck

data Arbol = H
           | N Integer Arbol Arbol
  deriving (Eq, Show)

data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)

type Posicion = [Movimiento]

-- 1ª solución
-- ===========

posicionDeElemento :: Integer -> Posicion
posicionDeElemento n =
  head (posiciones n (arbolBinarioCompleto n))

-- (arbolBinarioCompleto n) es el árbol binario completo con n
-- nodos. Por ejemplo, 
--    λ> arbolBinarioCompleto 4
--    N 1 (N 2 (N 4 H H) H) (N 3 H H)
--    λ> pPrint (arbolBinarioCompleto 9)
--    N 1
--      (N 2
--         (N 4
--            (N 8 H H)
--            (N 9 H H))
--         (N 5 H H))
--      (N 3
--         (N 6 H H)
--         (N 7 H H))
arbolBinarioCompleto :: Integer -> Arbol
arbolBinarioCompleto n = aux 1
  where aux i | i <= n    = N i (aux (2*i)) (aux (2*i+1))
              | otherwise = H

-- (posiciones n a) es la lista de las posiciones del elemento n
-- en el árbol a. Por ejemplo,
--    posiciones 9 (arbolBinarioCompleto 9)  ==  [[I,I,D]]
posiciones :: Integer -> Arbol -> [Posicion]
posiciones n a = aux n a [[]]
  where aux _ H _                      = []
        aux n (N x i d) cs | x == n    = cs ++ ps
                           | otherwise = ps
          where ps = map (I:) (aux n i cs) ++
                     map (D:) (aux n d cs)

-- 2ª solución
-- ===========

posicionDeElemento2 :: Integer -> Posicion
posicionDeElemento2 1 = []
posicionDeElemento2 n
  | even n    = posicionDeElemento2 (n `div` 2) ++ [I]
  | otherwise = posicionDeElemento2 (n `div` 2) ++ [D]

-- 3ª solución
-- ===========

posicionDeElemento3 :: Integer -> Posicion
posicionDeElemento3 = reverse . aux
  where aux 1 = []
        aux n | even n    = I : aux (n `div` 2) 
              | otherwise = D : aux (n `div` 2) 

-- 4ª solución
-- ===========

posicionDeElemento4 :: Integer -> Posicion
posicionDeElemento4 n =
  [f x | x <- tail (reverse (binario n))]
  where f 0 = I
        f 1 = D

-- (binario n) es la lista de los dígitos de la representación binaria
-- de n. Por ejemplo,
--    binario 11  ==  [1,1,0,1]
binario :: Integer -> [Integer]
binario n
  | n < 2     = [n]
  | otherwise = n `mod` 2 : binario (n `div` 2)

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

-- La propiedad es
prop_posicionDeElemento_equiv :: Positive Integer -> Bool
prop_posicionDeElemento_equiv (Positive n) =
  posicionDeElemento n == posicionDeElemento2 n &&
  posicionDeElemento n == posicionDeElemento3 n &&
  posicionDeElemento n == posicionDeElemento4 n

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

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

--    λ> posicionDeElemento (10^7)
--    [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]
--    (5.72 secs, 3,274,535,328 bytes)
--    λ> posicionDeElemento2 (10^7)
--    [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]
--    (0.01 secs, 189,560 bytes)
--    λ> posicionDeElemento3 (10^7)
--    [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]
--    (0.01 secs, 180,728 bytes)
--    λ> posicionDeElemento4 (10^7)
--    [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]
--    (0.01 secs, 184,224 bytes)
--    
--    λ> length (posicionDeElemento2 (10^4000))
--    13287
--    (2.80 secs, 7,672,011,280 bytes)
--    λ> length (posicionDeElemento3 (10^4000))
--    13287
--    (0.03 secs, 19,828,744 bytes)
--    λ> length (posicionDeElemento4 (10^4000))
--    13287
--    (0.03 secs, 18,231,536 bytes)
--    
--    λ> length (posicionDeElemento3 (10^50000))
--    166096
--    (1.34 secs, 1,832,738,136 bytes)
--    λ> length (posicionDeElemento4 (10^50000))
--    166096
--    (1.70 secs, 1,812,806,080 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

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126

127

128

import Test.QuickCheck

data Arbol = H

| N Integer Arbol Arbol

deriving (Eq, Show)

data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)

type Posicion = [Movimiento]

-- 1ª solución

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

posicionDeElemento :: Integer -> Posicion

posicionDeElemento n =

head (posiciones n (arbolBinarioCompleto n))

-- (arbolBinarioCompleto n) es el árbol binario completo con n

-- nodos. Por ejemplo,

-- λ> arbolBinarioCompleto 4

-- N 1 (N 2 (N 4 H H) H) (N 3 H H)

-- λ> pPrint (arbolBinarioCompleto 9)

-- N 1

-- (N 2

-- (N 4

-- (N 8 H H)

-- (N 9 H H))

-- (N 5 H H))

-- (N 3

-- (N 6 H H)

-- (N 7 H H))

arbolBinarioCompleto :: Integer -> Arbol

arbolBinarioCompleto n = aux 1

where aux i | i <= n = N i (aux (2*i)) (aux (2*i+1))

| otherwise = H

-- (posiciones n a) es la lista de las posiciones del elemento n

-- en el árbol a. Por ejemplo,

-- posiciones 9 (arbolBinarioCompleto 9) == [[I,I,D]]

posiciones :: Integer -> Arbol -> [Posicion]

posiciones n a = aux n a [[]]

where aux _ H _ = []

aux n (N x i d) cs | x == n = cs ++ ps

| otherwise = ps

where ps = map (I:) (aux n i cs) ++

map (D:) (aux n d cs)

-- 2ª solución

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

posicionDeElemento2 :: Integer -> Posicion

posicionDeElemento2 1 = []

posicionDeElemento2 n

| even n = posicionDeElemento2 (n `div` 2) ++ [I]

| otherwise = posicionDeElemento2 (n `div` 2) ++ [D]

-- 3ª solución

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

posicionDeElemento3 :: Integer -> Posicion

posicionDeElemento3 = reverse . aux

where aux 1 = []

aux n | even n = I : aux (n `div` 2)

| otherwise = D : aux (n `div` 2)

-- 4ª solución

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

posicionDeElemento4 :: Integer -> Posicion

posicionDeElemento4 n =

[f x | x <- tail (reverse (binario n))]

where f 0 = I

f 1 = D

-- (binario n) es la lista de los dígitos de la representación binaria

-- de n. Por ejemplo,

-- binario 11 == [1,1,0,1]

binario :: Integer -> [Integer]

binario n

| n < 2 = [n]

| otherwise = n `mod` 2 : binario (n `div` 2)

-- Equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_posicionDeElemento_equiv :: Positive Integer -> Bool

prop_posicionDeElemento_equiv (Positive n) =

posicionDeElemento n == posicionDeElemento2 n &&

posicionDeElemento n == posicionDeElemento3 n &&

posicionDeElemento n == posicionDeElemento4 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_posicionDeElemento_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> posicionDeElemento (10^7)

-- [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]

-- (5.72 secs, 3,274,535,328 bytes)

-- λ> posicionDeElemento2 (10^7)

-- [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]

-- (0.01 secs, 189,560 bytes)

-- λ> posicionDeElemento3 (10^7)

-- [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]

-- (0.01 secs, 180,728 bytes)

-- λ> posicionDeElemento4 (10^7)

-- [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]

-- (0.01 secs, 184,224 bytes)

-- λ> length (posicionDeElemento2 (10^4000))

-- 13287

-- (2.80 secs, 7,672,011,280 bytes)

-- λ> length (posicionDeElemento3 (10^4000))

-- 13287

-- (0.03 secs, 19,828,744 bytes)

-- λ> length (posicionDeElemento4 (10^4000))

-- 13287

-- (0.03 secs, 18,231,536 bytes)

-- λ> length (posicionDeElemento3 (10^50000))

-- 166096

-- (1.34 secs, 1,832,738,136 bytes)

-- λ> length (posicionDeElemento4 (10^50000))

-- 166096

-- (1.70 secs, 1,812,806,080 bytes)

Pensamiento

El ojo que ves no es
ojo porque tú lo veas;
es ojo porque te ve.

Antonio Machado

Números colinas

PorJosé A. Alonso 29-noviembre-201819-enero-2019

Se dice que un número natural n es una colina si su primer dígito es igual a su último dígito, los primeros dígitos son estrictamente creciente hasta llegar al máximo, el máximo se puede repetir y los dígitos desde el máximo al final son estrictamente decrecientes.

Definir la función

   esColina :: Integer -> Bool

1	esColina :: Integer -> Bool

tal que (esColina n) se verifica si n es un número colina. Por ejemplo,

   esColina 12377731  ==  True
   esColina 1237731   ==  True
   esColina 123731    ==  True
   esColina 122731    ==  False
   esColina 12377730  ==  False
   esColina 12377730  ==  False
   esColina 10377731  ==  False
   esColina 12377701  ==  False
   esColina 33333333  ==  True

esColina 12377731 == True

esColina 1237731 == True

esColina 123731 == True

esColina 122731 == False

esColina 12377730 == False

esColina 10377731 == False

esColina 12377701 == False

esColina 33333333 == True

Soluciones

import Data.Char (digitToInt)

-- 1ª definición
-- =============

esColina :: Integer -> Bool
esColina n =
  head ds == last ds &&
  esCreciente xs &&
  esDecreciente ys
  where ds = digitos n
        m  = maximum ds
        xs = takeWhile (<m) ds
        ys = dropWhile (==m) (dropWhile (<m) ds)

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 425  ==  [4,2,5]
digitos :: Integer -> [Int]
digitos n = map digitToInt (show n)

-- (esCreciente xs) se verifica si la lista xs es estrictamente
-- creciente. Por ejemplo,
--    esCreciente [2,4,7]  ==  True
--    esCreciente [2,2,7]  ==  False
--    esCreciente [2,1,7]  ==  False
esCreciente :: [Int] -> Bool
esCreciente xs = and [x < y | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

-- (esDecreciente xs) se verifica si la lista xs es estrictamente
-- decreciente. Por ejemplo,
--    esDecreciente [7,4,2]  ==  True
--    esDecreciente [7,2,2]  ==  False
--    esDecreciente [7,1,2]  ==  False
esDecreciente :: [Int] -> Bool
esDecreciente xs = and [x > y | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

-- 2ª definición
-- =============

esColina2 :: Integer -> Bool
esColina2 n =
  head ds == last ds &&
  null (dropWhile (==(-1)) (dropWhile (==0) (dropWhile (==1) xs)))
  where ds = digitos n
        xs = [signum (y-x) | (x,y) <- zip ds (tail ds)] 

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

-- La propiedad de equivalencia es
prop_esColina :: Integer -> Property
prop_esColina n =
  n >= 0 ==> esColina n == esColina2 n 

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

import Data.Char (digitToInt)

-- 1ª definición

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

esColina :: Integer -> Bool

esColina n =

head ds == last ds &&

esCreciente xs &&

esDecreciente ys

where ds = digitos n

m = maximum ds

xs = takeWhile (<m) ds

ys = dropWhile (==m) (dropWhile (<m) ds)

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

-- digitos 425 == [4,2,5]

digitos :: Integer -> [Int]

digitos n = map digitToInt (show n)

-- (esCreciente xs) se verifica si la lista xs es estrictamente

-- creciente. Por ejemplo,

-- esCreciente [2,4,7] == True

-- esCreciente [2,2,7] == False

-- esCreciente [2,1,7] == False

esCreciente :: [Int] -> Bool

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

-- (esDecreciente xs) se verifica si la lista xs es estrictamente

-- decreciente. Por ejemplo,

-- esDecreciente [7,4,2] == True

-- esDecreciente [7,2,2] == False

-- esDecreciente [7,1,2] == False

esDecreciente :: [Int] -> Bool

esDecreciente xs = and [x > y | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

-- 2ª definición

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

esColina2 :: Integer -> Bool

esColina2 n =

head ds == last ds &&

null (dropWhile (==(-1)) (dropWhile (==0) (dropWhile (==1) xs)))

where ds = digitos n

xs = [signum (y-x) | (x,y) <- zip ds (tail ds)]

-- Equivalencia

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

-- La propiedad de equivalencia es

prop_esColina :: Integer -> Property

prop_esColina n =

n >= 0 ==> esColina n == esColina2 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_esColina

-- +++ OK, passed 100 tests.

Referencia

Basado en el problema Is this number a hill number? de Code Golf

Pensamiento

Si me tengo que morir
poco me importa aprender.
Y si no puedo saber,
poco me importa vivir.

Antonio Machado

Árbol de divisores

Soluciones

Pensamiento

Elemento del árbol binario completo según su posición

Soluciones

Pensamiento

Posiciones en árboles binarios completos

Soluciones

Pensamiento

Números colinas

Soluciones

Referencia

Pensamiento

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