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Etiqueta: scanl

Representación de Zeckendorf

Los primeros números de Fibonacci son

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

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

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

   100 = 89 + 8 + 3

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

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

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

Definir la función

   zeckendorf :: Integer -> [Integer]

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

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

Descomposiciones triangulares

Los números triangulares se forman como sigue

   *     *      *
        * *    * *
              * * *
   1     3      6

La sucesión de los números triangulares se obtiene sumando los números naturales. Así, los 5 primeros números triangulares son

    1 = 1
    3 = 1 + 2
    6 = 1 + 2 + 3
   10 = 1 + 2 + 3 + 4
   15 = 1 + 2 + 3 + 4 + 5

Definir la función

   descomposicionesTriangulares :: Int -> [(Int, Int, Int)]

tal que (descomposicionesTriangulares n) es la lista de las ternas correspondientes a las descomposiciones de n en tres sumandos formados por números triangulares. Por ejemplo,

   descomposicionesTriangulares  4 == []
   descomposicionesTriangulares  5 == [(1,1,3)]
   descomposicionesTriangulares 12 == [(1,1,10),(3,3,6)]
   descomposicionesTriangulares 30 == [(1,1,28),(3,6,21),(10,10,10)]
   descomposicionesTriangulares 61 == [(1,15,45),(3,3,55),(6,10,45),(10,15,36)]
   descomposicionesTriangulares 52 == [(1,6,45),(1,15,36),(3,21,28),(6,10,36),(10,21,21)]
   descomposicionesTriangulares 82 == [(1,3,78),(1,15,66),(1,36,45),(6,10,66),(6,21,55),(10,36,36)]
   length (descomposicionesTriangulares (5*10^5)) == 124

Soluciones

Números triangulares con n cifras distintas

Los números triangulares se forman como sigue

   *     *      *
        * *    * *
              * * *
   1     3      6

La sucesión de los números triangulares se obtiene sumando los números naturales. Así, los 5 primeros números triangulares son

    1 = 1
    3 = 1 + 2
    6 = 1 + 2 + 3
   10 = 1 + 2 + 3 + 4
   15 = 1 + 2 + 3 + 4 + 5

Definir la función

   triangularesConCifras :: Int -> [Integer]

tal que (triangulares n) es la lista de los números triangulares con n cifras distintas. Por ejemplo,

   take 6 (triangularesConCifras 1)   ==  [1,3,6,55,66,666]
   take 6 (triangularesConCifras 2)   ==  [10,15,21,28,36,45]
   take 6 (triangularesConCifras 3)   ==  [105,120,136,153,190,210]
   take 5 (triangularesConCifras 4)   ==  [1035,1275,1326,1378,1485]
   take 2 (triangularesConCifras 10)  ==  [1062489753,1239845706]

Soluciones

import Data.List (nub)
import Test.QuickCheck
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
triangularesConCifras1 :: Int -> [Integer]
triangularesConCifras1 n =
  [x | x <- triangulares1,
       nCifras x == n]
 
-- triangulares1 es la lista de los números triangulares. Por ejemplo,
--    take 10 triangulares1 == [1,3,6,10,15,21,28,36,45,55]
triangulares1 :: [Integer]
triangulares1 = map triangular [1..]
 
triangular :: Integer -> Integer
triangular 1 = 1
triangular n = triangular (n-1) + n
 
-- (nCifras x) es el número de cifras distintas del número x. Por
-- ejemplo,
--    nCifras 325275  ==  4
nCifras :: Integer -> Int
nCifras = length . nub . show
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
triangularesConCifras2 :: Int -> [Integer]
triangularesConCifras2 n =
  [x | x <- triangulares2,
       nCifras x == n]
 
triangulares2 :: [Integer]
triangulares2 = [(n*(n+1)) `div` 2 | n <- [1..]]
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
triangularesConCifras3 :: Int -> [Integer]
triangularesConCifras3 n =
  [x | x <- triangulares3,
       nCifras x == n]
 
triangulares3 :: [Integer]
triangulares3 = 1 : [x+y | (x,y) <- zip [2..] triangulares3]
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
triangularesConCifras4 :: Int -> [Integer]
triangularesConCifras4 n =
  [x | x <- triangulares4,
       nCifras x == n]
 
triangulares4 :: [Integer]
triangulares4 = 1 : zipWith (+) [2..] triangulares4
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
triangularesConCifras5 :: Int -> [Integer]
triangularesConCifras5 n =
  [x | x <- triangulares5,
       nCifras x == n]
 
triangulares5 :: [Integer]
triangulares5 = scanl (+) 1 [2..]
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La 1ª propiedad es
prop_triangularesConCifras1 :: Bool
prop_triangularesConCifras1 =
  [take 2 (triangularesConCifras1 n) | n <- [1..7]] ==
  [take 2 (triangularesConCifras2 n) | n <- [1..7]]
 
-- La comprobación es
--    λ> prop_triangularesConCifras1
--    True
 
-- La 2ª propiedad es
prop_triangularesConCifras2 :: Int -> Bool
prop_triangularesConCifras2 n =
  all (== take 5 (triangularesConCifras2 n'))
      [take 5 (triangularesConCifras3 n'),
       take 5 (triangularesConCifras4 n'),
       take 5 (triangularesConCifras5 n')]
  where n' = 1 + n `mod` 9
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_triangularesConCifras
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> (triangularesConCifras1 3) !! 220
--    5456556
--    (2.48 secs, 1,228,690,120 bytes)
--    λ> (triangularesConCifras2 3) !! 220
--    5456556
--    (0.01 secs, 4,667,288 bytes)
--
--    λ> (triangularesConCifras2 3) !! 600
--    500010500055
--    (1.76 secs, 1,659,299,872 bytes)
--    λ> (triangularesConCifras3 3) !! 600
--    500010500055
--    (1.67 secs, 1,603,298,648 bytes)
--    λ> (triangularesConCifras4 3) !! 600
--    500010500055
--    (1.20 secs, 1,507,298,248 bytes)
--    λ> (triangularesConCifras5 3) !! 600
--    500010500055
--    (1.15 secs, 1,507,298,256 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Nuevas soluciones

  • En los comentarios se pueden escribir nuevas soluciones.
  • El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

La conjetura de Gilbreath

Partiendo de los 5 primeros números primos y calculando el valor absoluto de la diferencia de cada dos números consecutivos hasta quedarse con un único número se obtiene la siguiente tabla:

   2, 3, 5, 7, 11
   1, 2, 2, 4 
   1, 0, 2
   1, 2 
   1

Se observa que todas las filas, salvo la inicial, comienzan con el número 1.

Repitiendo el proceso pero empezando con los 8 primeros números primos se obtiene la siguiente tabla:

   2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19 
   1, 2, 2, 4,  2,  4,  2  
   1, 0, 2, 2,  2,  2 
   1, 2, 0, 0,  0 
   1, 2, 0, 0 
   1, 2, 0 
   1, 2 
   1

Se observa que, de nuevo, todas las filas, salvo la inicial, comienza con el número 1.

La conjetura de Gilbreath afirma que si escribimos la sucesión de números primos completa y después construimos las correspondientes sucesiones formadas por el valor absoluto de la resta de cada pareja de números consecutivos, entonces todas esas filas que obtenemos comienzan siempre por 1.

El objetivo de este ejercicio es comprobar experimentalmente dicha conjetura.

Para la representación, usaremos la simétrica de la que hemos comentado anteriormente; es decir,

    2
    3, 1
    5, 2, 1
    7, 2, 0, 1
   11, 4, 2, 2, 1
   13, 2, 2, 0, 2, 1
   17, 4, 2, 0, 0, 2, 1
   19, 2, 2, 0, 0, 0, 2, 1

en la que la primera columna son los números primos y el elemento de la fila i y columna j (con i, j > 1) es el valor absoluto de la diferencia de los elementos (i,j-1) e (i-1,j-1).

Definir las siguientes funciones

   siguiente           :: Integer -> [Integer] -> [Integer]
   triangulo           :: [[Integer]]
   conjeturaGilbreath  :: Int -> Bool

tales que

  • (siguiente x ys) es la línea siguiente de la ys que empieza por x en la tabla de Gilbreath; es decir, si ys es [y1,y2,…,yn], entonces (siguiente x ys) es [x,|y1-x|,|y2-|y1-x||,…]. Por ejemplo,
     siguiente  7 [5,2,1]               ==  [7,2,0,1]
     siguiente 29 [23,4,2,0,0,0,0,2,1]  ==  [29,6,2,0,0,0,0,0,2,1]
  • triangulo es el triángulo de Gilbreath. Por ejemplo,
     λ> take 10 triangulo
     [[ 2],
      [ 3,1],
      [ 5,2,1],
      [ 7,2,0,1],
      [11,4,2,2,1],
      [13,2,2,0,2,1],
      [17,4,2,0,0,2,1],
      [19,2,2,0,0,0,2,1],
      [23,4,2,0,0,0,0,2,1],
      [29,6,2,0,0,0,0,0,2,1]]
  • (conjeturaGilbreath n) se verifica si se cumple la conjetura de Gilbreath para los n primeros números primos; es decir, en el triángulo de Gilbreath cuya primera columna son los n primeros números primos, todas las filas a partir de la segunda terminan en 1. Por ejemplo,
     λ> conjeturaGilbreath 1000
     True

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
 
siguiente :: Integer -> [Integer] -> [Integer]
siguiente x ys = scanl (\m n -> abs (m-n)) x ys 
 
triangulo :: [[Integer]]
triangulo = 
  [2] : [siguiente x ys | (x,ys) <- zip (tail primes) triangulo]
 
conjeturaGilbreath :: Int -> Bool
conjeturaGilbreath n = all p (tail (take n triangulo))
  where p xs = last xs == 1

Otras soluciones

  • Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
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Pensamiento

“La simplicidad es la última sofisticación.”

Leonardo da Vinci.

Cálculo de pi mediante el método de Newton

El método de Newton para el cálculo de pi se basa en la relación
Calculo_de_pi_mediante_el_metodo_de_Newton_1
y en el desarrollo del arco seno
Calculo_de_pi_mediante_el_metodo_de_Newton_2
de donde se obtiene la fórmula
Calculo_de_pi_mediante_el_metodo_de_Newton_3

La primeras aproximaciones son

   a(0) = 6*(1/2)                               = 3.0
   a(1) = 6*(1/2+1/(2*3*2^3))                   = 3.125
   a(2) = 6*(1/2+1/(2*3*2^3)+(1*3)/(2*4*5*2^5)) = 3.1390625

Definir las funciones

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

tales que

  • (aproximacionPi n) es la n-ésima aproximación de pi con la fórmula de Newton. Por ejemplo,
     aproximacionPi 0   ==  3.0
     aproximacionPi 1   ==  3.125
     aproximacionPi 2   ==  3.1390625
     aproximacionPi 10  ==  3.1415926468755613
     aproximacionPi 21  ==  3.141592653589793
     pi                 ==  3.141592653589793
  • (grafica xs) dibuja la gráfica de las k-ésimas aproximaciones de pi donde k toma los valores de la lista xs. Por ejemplo, (grafica [1..30]) dibuja
    Calculo_de_pi_mediante_el_metodo_de_Newton_4

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple
 
-- 1ª definición
-- =============
 
aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = 6 * arcsinX
  where arcsinX = 0.5 + sum (take n factoresN)
 
factoresN :: [Double]
factoresN = zipWith (*) (potenciasK 3) fraccionesPI
 
potenciasK :: Double -> [Double]
potenciasK k = (0.5**k)/k : potenciasK (k+2)
 
fraccionesPI :: [Double]
fraccionesPI =
  scanl (*) (1/2) (tail (zipWith (/) [1,3..] [2,4..]))
 
-- 2ª definición
-- =============
 
aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 n = 6 * (serie !! n)
 
serie :: [Double]
serie = scanl1 (+) (zipWith (/)
                            (map fromIntegral numeradores)
                            (map fromIntegral denominadores))
  where numeradores    = 1 : scanl1 (*) [1,3..]
        denominadores  = zipWith (*) denominadores1 denominadores2
        denominadores1 = 2 : scanl1 (*) [2,4..]
        denominadores2 = 1 : [n * 2^n | n <- [3,5..]]
 
grafica :: [Int] -> IO ()
grafica xs = 
    plotList [Key Nothing]
             [(k,aproximacionPi k) | k <- xs]

Otras soluciones

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Pensamiento

“Mi trabajo siempre trató de unir lo verdadero con lo bello; pero cuando tuve que elegir uno u otro, generalmente elegí lo bello.”

Hermann Weyl.

Máxima suma de los segmentos

Un segmento de una lista xs es una sublista de xs formada por elementos consecutivos en la lista. El problema de la máxima suma de segmentos consiste en dada una lista de números enteros calcular el máximo de las sumas de todos los segmentos de la lista. Por ejemplo, para la lista [-1,2,-3,5,-2,1,3,-2,-2,-3,6] la máxima suma de segmentos es 7 que es la suma del segmento [5,-2,1,3] y para la lista [-1,-2,-3] es 0 que es la suma de la lista vacía.

Definir la función

   mss :: [Integer] -> Integer

tal que (mss xs) es la máxima suma de los segmentos de xs. Por ejemplo,

   mss [-1,2,-3,5,-2,1,3,-2,-2,-3,6]  ==  7
   mss [-1,-2,-3]                     ==  0
   mss [1..500]                       ==  125250
   mss [1..1000]                      ==  500500
   mss [-500..3]                      ==  6
   mss [-1000..3]                     ==  6

Soluciones

import Data.List (inits,tails)
 
-- 1ª solución
mss :: [Integer] -> Integer
mss = maximum . map sum . segmentos
 
-- (segmentos xs) es la lista de los segmentos de xs. Por ejemplo,
--    ghci> segmentos "abc"
--    ["","a","ab","abc","","b","bc","","c",""]
segmentos :: [a] -> [[a]]
segmentos = concat . map inits . tails
 
-- 2ª definición:
mss2 :: [Integer] -> Integer
mss2 = maximum . map (maximum . scanl (+) 0) . tails
 
-- 3ª definición:
mss3 :: [Integer] -> Integer
mss3 = maximum . map sum . concatMap tails . inits 
 
-- 4ª definición
mss4 :: [Integer] -> Integer
mss4  = fst . foldr (\x (b,a) -> (max (a+x) b, max 0 (a+x))) (0,0) 
 
-- 5ª definición (con scanl):
mss5 :: [Integer] -> Integer
mss5 = maximum . scanl (\a x -> max 0 a + x) 0
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    ghci> mss [1..500]
--    125250
--    (7.52 secs, 2022130824 bytes)
--    
--    ghci> mss2 [1..500]
--    125250
--    (0.01 secs, 10474956 bytes)
--    
--    ghci> mss3 [1..500]
--    125250
--    (0.98 secs, 841862016 bytes)
--    
--    ghci> mss4 [1..500]
--    125250
--    (0.01 secs, 552252 bytes)
--    
--    ghci> mss2 [1..1000]
--    500500
--    (0.06 secs, 54575712 bytes)
--    
--    ghci> mss3 [1..1000]
--    500500
--    (7.87 secs, 7061347900 bytes)
--
--    ghci> mss4 [1..1000]
--    500500
--    (0.01 secs, 549700 bytes)
--    
--    ghci> mss2 [1..2000]
--    2001000
--    (0.29 secs, 216424336 bytes)
--    
--    ghci> mss2 [1..5000]
--    12502500
--    (2.37 secs, 1356384840 bytes)
--    
--    ghci> mss4 [1..5000]
--    12502500
--    (0.02 secs, 1913548 bytes)
--
--    ghci> mss5 [1..5000]
--    12502500
--    (0.01 secs, 2886360 bytes)

Pensamiento

Nubes, sol, prado verde y caserío
en la loma, revueltos. Primavera
puso en el aire de este campo frío
la gracia de sus chopos de ribera.

Antonio Machado

Sucesión de Cantor de números innombrables

Un número es innombrable si es divisible por 7 o alguno de sus dígitos es un 7. Un juego infantil consiste en contar saltándose los números innombrables:

   1 2 3 4 5 6 ( ) 8 9 10 11 12 13 ( ) 15 16 ( ) 18 ...

La sucesión de Cantor se obtiene llenando los huecos de la sucesión anterior:

  1 2 3 4 5 6 (1) 8 9 10 11 12 13 (2) 15 16 (3) 18 19 20 (4) 22 23
  24 25 26 (5) (6) 29 30 31 32 33 34 (1) 36 (8) 38 39 40 41  (9) 43
  44 45 46 (10) 48 (11) 50 51 52 53 54 55 (12) (13) 58 59 60 61 62
  (2) 64 65 66 (15) 68 69 (16) (3) (18) (19) (20) (4) (22) (23) (24)
  (25) 80 81 82 83 (26) 85 86 (5) 88 89 90 (6) 92 93 94 95 96 (29)
  (30) 99 100

Definir las funciones

   sucCantor        :: [Integer]
   graficaSucCantor :: Int -> IO ()

tales que

  • sucCantor es la lista cuyos elementos son los términos de la sucesión de Cantor. Por ejemplo,
     λ> take 100 sucCantor
     [1,2,3,4,5,6, 1 ,8,9,10,11,12,13, 2, 15,16, 3, 18,19,20, 4,
      22,23,24,25,26, 5 , 6 ,29,30,31,32,33,34, 1 ,36 , 8 ,38,39,
      40,41, 9 ,43,44,45,46, 10 ,48, 11 ,50,51,52,53,54,55 , 12 ,
      13, 58,59,60,61,62, 2 ,64,65,66, 15 ,68,69, 16 , 3 , 18, 19,
      20, 4, 22, 23, 24 ,25 ,80,81,82,83, 26 ,85,86, 5 ,88,89,90,
      6, 92,93,94,95,96, 29, 30 ,99,100]
     λ> sucCantor2 !! (5+10^6)
     544480
     λ> sucCantor2 !! (6+10^6)
     266086
  • (graficaSucCantor n) es la gráfica de los n primeros términos de la sucesión de Cantor. Por ejemplo, (graficaSucCantor 200) dibuja

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
sucCantor1 :: [Integer]
sucCantor1 = map fst $ scanl f (1,0) [2..]
  where f (a,i) x
          | esInnombrable x = (sucCantor1 !! i, i+1)
          | otherwise       = (x,i)
 
esInnombrable :: Integer -> Bool
esInnombrable x =
  rem x 7 == 0 || '7' `elem` show x
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
sucCantor2 :: [Integer]
sucCantor2 = aux 0 1
  where aux i x
          | esInnombrable x = sucCantor2 !! i : aux (i+1) (x+1)
          | otherwise       = x : aux i (x+1) 
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
sucCantor3 :: [Integer]
sucCantor3 = 1 : aux [2..] sucCantor3
  where aux [] _ = []
        aux (x:xs) a@(y:ys)
          | esInnombrable x = y : aux xs ys
          | otherwise       = x : aux xs a
 
-- Definición de graficaSucCantor
-- ========================================
 
graficaSucCantor :: Int -> IO ()
graficaSucCantor n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("Sucesion_de_Cantor_de_numeros_innombrables.png")
           ]
           (take n sucCantor3)

Pensamiento

Dices que nada se pierde
y acaso dices verdad;
pero todo lo perdemos
y todo nos perderá.

Antonio Machado

La conjetura de Gilbreath

Partiendo de los 5 primeros números primos y calculando el valor absoluto de la diferencia de cada dos números consecutivos hasta quedarse con un único número se obtiene la siguiente tabla:

   2, 3, 5, 7, 11
   1, 2, 2, 4 
   1, 0, 2
   1, 2 
   1

Se observa que todas las filas, salvo la inicial, comienzan con el número 1.

Repitiendo el proceso pero empezando con los 8 primeros números primos se obtiene la siguiente tabla:

   2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19 
   1, 2, 2, 4,  2,  4,  2  
   1, 0, 2, 2,  2,  2 
   1, 2, 0, 0,  0 
   1, 2, 0, 0 
   1, 2, 0 
   1, 2 
   1

Se observa que, de nuevo, todas las filas, salvo la inicial, comienza con el número 1.

La conjetura de Gilbreath afirma que si escribimos la sucesión de números primos completa y después construimos las correspondientes sucesiones formadas por el valor absoluto de la resta de cada pareja de números consecutivos, entonces todas esas filas que obtenemos comienzan siempre por 1.

El objetivo de este ejercicio es comprobar experimentalmente dicha conjetura.

Para la representación, usaremos la simétrica de la que hemos comentado anteriormente; es decir,

    2
    3, 1
    5, 2, 1
    7, 2, 0, 1
   11, 4, 2, 2, 1
   13, 2, 2, 0, 2, 1
   17, 4, 2, 0, 0, 2, 1
   19, 2, 2, 0, 0, 0, 2, 1

en la que la primera columna son los números primos y el elemento de la fila i y columna j (con i, j > 1) es el valor absoluto de la diferencia de los elementos (i,j-1) e (i-1,j-1).

Definir las siguientes funciones

   siguiente           :: Integer -> [Integer] -> [Integer]
   triangulo           :: [[Integer]]
   conjetura_Gilbreath :: Int -> Bool

tales que

  • (siguiente x ys) es la línea siguiente de la ys que empieza por x en la tabla de Gilbreath; es decir, si ys es [y1,y2,…,yn], entonces (siguiente x ys) es [x,|y1-x|,|y2-|y1-x||,…] Por ejemplo,
     siguiente  7 [5,2,1]               ==  [7,2,0,1]
     siguiente 29 [23,4,2,0,0,0,0,2,1]  ==  [29,6,2,0,0,0,0,0,2,1]
  • triangulo es el triángulo de Gilbreath. Por ejemplo,
     ghci> take 10 triangulo
     [[ 2],
      [ 3,1],
      [ 5,2,1],
      [ 7,2,0,1],
      [11,4,2,2,1],
      [13,2,2,0,2,1],
      [17,4,2,0,0,2,1],
      [19,2,2,0,0,0,2,1],
      [23,4,2,0,0,0,0,2,1],
      [29,6,2,0,0,0,0,0,2,1]]
  • (conjeturaGilbreath n) se verifica si se cumple la conjetura de Gilbreath para los n primeros números primos; es decir, en el triángulo de Gilbreath cuya primera columna son los n primeros números primos, todas las filas a partir de la segunda terminan en 1. Por ejemplo,
     ghci> conjeturaGilbreath 1000
     True

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
 
siguiente :: Integer -> [Integer] -> [Integer]
siguiente x ys = scanl (\m n -> abs (m-n)) x ys 
 
triangulo :: [[Integer]]
triangulo = 
    [2] : [siguiente x ys | (x,ys) <- zip (tail primes) triangulo]
 
conjeturaGilbreath :: Int -> Bool
conjeturaGilbreath n = all p (tail (take n triangulo))
  where p xs = last xs == 1

Suma de las sumas de los cuadrados de los divisores

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

Definir la función

   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

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)

Reconocimiento de recorridos correctos

Se usará la misma representación del ejercicio anterior para las subidas y bajadas en el autobús; es decir, una lista de pares donde los primeros elementos es el número de viajeros que suben y los segundo es el de los que bajan.

Un recorrido es correcto si en cada bajada tanto el número de viajeros que suben como los que bajan son positivos, el número de viajeros en el autobús no puede ser mayor que su capacidad y el número de viajeros que bajan no puede ser mayor que el número de viajeros en el autobús. Se supone que en la primera parada el autobús no tiene viajeros.

Definir la función

   recorridoCorrecto :: Int -> [(Int,Int)] -> Bool

tal que (recorridoCorrecto n ps) se verifica si ps es un recorrido correcto en un autobús cuya capacidad es n. Por ejemplo,

  recorridoCorrecto 20 [(3,0),(9,1),(4,10),(12,2),(6,1)]  ==  True
  recorridoCorrecto 15 [(3,0),(9,1),(4,10),(12,2),(6,1)]  ==  False
  recorridoCorrecto 15 [(3,2),(9,1),(4,10),(12,2),(6,1)]  ==  False
  recorridoCorrecto 15 [(3,0),(2,7),(4,10),(12,2),(6,1)]  ==  False

el segundo ejemplo es incorrecto porque en la última para se supera la capacidad del autobús; el tercero, porque en la primera para no hay viajeros en el autobús que se puedan bajar y el cuarto, porque en la 2ª parada el autobús tiene 3 viajeros por lo que es imposible que se bajen 7.

Soluciones

-- 1ª definición
recorridoCorrecto1 :: Int -> [(Int,Int)] -> Bool
recorridoCorrecto1 _ [] = True
recorridoCorrecto1 n ps = aux 0 ps
  where aux _ []         = True
        aux k ((a,b):ps) = 0 <= a && a <= n - k + b &&
                           0 <= b && b <= k &&
                           aux (k + a - b) ps
 
-- 2ª definición
-- =============
 
recorridoCorrecto2 :: Int -> [(Int,Int)] -> Bool
recorridoCorrecto2 n ps =
  all (\(x,y) -> x >= 0 && y >= 0) ps &&
  all (\k -> 0 <= k && k <= n) (viajeros ps)
 
-- (viajeros ps) es el número de viajeros después de cada parada del
-- recorrido ps. Por ejemplo,
--   viajeros [(3,0),(9,1),(4,10),(12,2),(6,1)]  ==  [0,3,11,5,15,20]
--   viajeros [(3,0),(2,7),(4,10),(12,2),(6,1)]  ==  [0,3,-2,-8,2,7]
viajeros :: [(Int,Int)] -> [Int]
viajeros ps = aux [0] ps
  where aux ns     []         = reverse ns
        aux (n:ns) ((a,b):ps) = aux (n+a-b:n:ns) ps 
 
-- 3ª definición
-- =============
 
recorridoCorrecto3 :: Int -> [(Int,Int)] -> Bool
recorridoCorrecto3 n ps =
  all (\(x,y) -> x >= 0 && y >= 0) ps &&
  all (\k -> 0 <= k && k <= n) (viajeros3 ps)
 
-- (viajeros3 ps) es el número de viajeros después de cada parada del
-- recorrido ps. Por ejemplo,
--   viajeros3 [(3,0),(9,1),(4,10),(12,2),(6,1)]  ==  [0,3,11,5,15,20]
--   viajeros3 [(3,0),(2,7),(4,10),(12,2),(6,1)]  ==  [0,3,-2,-8,2,7]
viajeros3 :: [(Int,Int)] -> [Int]
viajeros3 = scanl (\k (a,b) -> k+a-b) 0