scanl1 – Exercitium

Índices de valores verdaderos

PorJosé A. Alonso 12-abril-202211-abril-2022

Definir la función

   indicesVerdaderos :: [Int] -> [Bool]

1	indicesVerdaderos :: [Int] -> [Bool]

tal que (indicesVerdaderos xs) es la lista infinita de booleanos tal que sólo son verdaderos los elementos cuyos índices pertenecen a la lista estrictamente creciente xs. Por ejemplo,

   λ> take 6 (indicesVerdaderos [1,4])
   [False,True,False,False,True,False]
   λ> take 6 (indicesVerdaderos [0,2..])
   [True,False,True,False,True,False]
   λ> take 3 (indicesVerdaderos [])
   [False,False,False]
   λ> take 6 (indicesVerdaderos [1..])
   [False,True,True,True,True,True]
   λ> last (take (8*10^7) (indicesVerdaderos [0,5..]))
   False

λ> take 6 (indicesVerdaderos [1,4])

[False,True,False,False,True,False]

λ> take 6 (indicesVerdaderos [0,2..])

[True,False,True,False,True,False]

λ> take 3 (indicesVerdaderos [])

[False,False,False]

λ> take 6 (indicesVerdaderos [1..])

[False,True,True,True,True,True]

λ> last (take (8*10^7) (indicesVerdaderos [0,5..]))

False

Soluciones

[schedule expon=’2022-04-19′ expat=»06:00″]

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

[/schedule]

[schedule on=’2022-04-19′ at=»06:00″]

import Data.List.Ordered (member)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

indicesVerdaderos1 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos1 []     = repeat False
indicesVerdaderos1 (x:ys) =
  replicate x False ++ [True] ++ indicesVerdaderos1 [y-x-1 | y <- ys]

-- 2ª solución
-- ===========

indicesVerdaderos2 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos2 = aux 0
  where aux _ []     = repeat False
        aux n (x:xs) | x == n    = True  : aux (n+1) xs
                     | otherwise = False : aux (n+1) (x:xs)

-- 3ª solución
-- ===========

indicesVerdaderos3 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos3 = aux [0..]
  where aux _      []                 = repeat False
        aux (i:is) (x:xs) | i == x    = True  : aux is xs
                          | otherwise = False : aux is (x:xs)

-- 4ª solución
-- ===========

indicesVerdaderos4 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos4 xs = [pertenece x xs | x <- [0..]]

-- (pertenece x ys) se verifica si x pertenece a la lista estrictamente
-- creciente (posiblemente infinita) ys. Por ejemplo,
--    pertenece 9 [1,3..]  ==  True
--    pertenece 6 [1,3..]  ==  False
pertenece :: Int -> [Int] -> Bool
pertenece x ys = x `elem` takeWhile (<=x) ys

-- 5ª solución
-- ===========

indicesVerdaderos5 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos5 xs = map (`pertenece2` xs) [0..]

pertenece2 :: Int -> [Int] -> Bool
pertenece2 x = aux
  where aux [] = False
        aux (y:ys) = case compare x y of
                       LT -> False
                       EQ -> True
                       GT -> aux ys

-- 6ª solución
-- ===========

indicesVerdaderos6 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos6 xs = map (`member` xs) [0..]

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

-- ListaCreciente es un tipo de dato para generar lista de enteros
-- crecientes arbitrarias.
newtype ListaCreciente = LC [Int]
  deriving Show

-- listaCrecienteArbitraria es un generador de lista de enteros
-- crecientes arbitrarias. Por ejemplo,
--    λ> sample listaCrecienteArbitraria
--    LC []
--    LC [2,5]
--    LC [4,8]
--    LC [6,13]
--    LC [7,15,20,28,33]
--    LC [11,15,20,29,35,40]
--    LC [5,17,25,36,42,50,52,64]
--    LC [9,16,31,33,46,59,74,83,85,89,104,113,118]
--    LC [9,22,29,35,37,49,53,62,68,77,83,100]
--    LC []
--    LC [3,22,25,34,36,51,72,75,89]
listaCrecienteArbitraria :: Gen ListaCreciente
listaCrecienteArbitraria = do
  xs <- arbitrary
  return (LC (listaCreciente xs))

-- (listaCreciente xs) es la lista creciente correspondiente a xs. Por ejemplo,
--    listaCreciente [-1,3,-4,3,0]   ==  [2,6,11,15,16]
listaCreciente :: [Int] -> [Int]
listaCreciente xs =
  scanl1 (+) (map (succ . abs) xs)

-- ListaCreciente está contenida en Arbitrary
instance Arbitrary ListaCreciente where
  arbitrary = listaCrecienteArbitraria

-- La propiedad es
prop_indicesVerdaderos :: ListaCreciente -> Bool
prop_indicesVerdaderos (LC xs) =
  all (== take n (indicesVerdaderos1 xs))
      [take n (f xs) | f <-[indicesVerdaderos2,
                            indicesVerdaderos3,
                            indicesVerdaderos4,
                            indicesVerdaderos5,
                            indicesVerdaderos6]]
  where n = length xs

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

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

-- La comparación es
--    λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos1 [0,5..]))
--    False
--    (2.69 secs, 2,611,031,544 bytes)
--    λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos2 [0,5..]))
--    False
--    (0.03 secs, 10,228,880 bytes)
--
--    λ> last (take (4*10^6) (indicesVerdaderos2 [0,5..]))
--    False
--    (2.37 secs, 1,946,100,856 bytes)
--    λ> last (take (4*10^6) (indicesVerdaderos3 [0,5..]))
--    False
--    (1.54 secs, 1,434,100,984 bytes)
--
--    λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos3 [0,5..]))
--    False
--    (2.30 secs, 2,150,900,984 bytes)
--    λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos4 [0,5..]))
--    False
--    (1.55 secs, 1,651,701,184 bytes)
--    λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos5 [0,5..]))
--    False
--    (0.58 secs, 1,584,514,304 bytes)
--
--    λ> last (take (3*10^7) (indicesVerdaderos5 [0,5..]))
--    False
--    (2.74 secs, 7,920,514,360 bytes)
--    λ> last (take (3*10^7) (indicesVerdaderos6 [0,5..]))
--    False
--    (0.82 secs, 6,960,514,136 bytes)

--    λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos1 [0,5..]))
--    False
--    (2.69 secs, 2,611,031,544 bytes)
--    λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos6 [0,5..]))
--    False
--    (0.01 secs, 5,154,040 bytes)

100

101

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import Data.List.Ordered (member)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

indicesVerdaderos1 :: [Int] -> [Bool]

indicesVerdaderos1 [] = repeat False

indicesVerdaderos1 (x:ys) =

replicate x False ++ [True] ++ indicesVerdaderos1 [y-x-1 | y <- ys]

-- 2ª solución

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

indicesVerdaderos2 :: [Int] -> [Bool]

indicesVerdaderos2 = aux 0

where aux _ [] = repeat False

aux n (x:xs) | x == n = True : aux (n+1) xs

| otherwise = False : aux (n+1) (x:xs)

-- 3ª solución

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

indicesVerdaderos3 :: [Int] -> [Bool]

indicesVerdaderos3 = aux [0..]

where aux _ [] = repeat False

aux (i:is) (x:xs) | i == x = True : aux is xs

| otherwise = False : aux is (x:xs)

-- 4ª solución

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

indicesVerdaderos4 :: [Int] -> [Bool]

indicesVerdaderos4 xs = [pertenece x xs | x <- [0..]]

-- (pertenece x ys) se verifica si x pertenece a la lista estrictamente

-- creciente (posiblemente infinita) ys. Por ejemplo,

-- pertenece 9 [1,3..] == True

-- pertenece 6 [1,3..] == False

pertenece :: Int -> [Int] -> Bool

pertenece x ys = x `elem` takeWhile (<=x) ys

-- 5ª solución

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

indicesVerdaderos5 :: [Int] -> [Bool]

indicesVerdaderos5 xs = map (`pertenece2` xs) [0..]

pertenece2 :: Int -> [Int] -> Bool

pertenece2 x = aux

where aux [] = False

aux (y:ys) = case compare x y of

LT -> False

EQ -> True

GT -> aux ys

-- 6ª solución

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

indicesVerdaderos6 :: [Int] -> [Bool]

indicesVerdaderos6 xs = map (`member` xs) [0..]

-- Comprobación de equivalencia

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

-- ListaCreciente es un tipo de dato para generar lista de enteros

-- crecientes arbitrarias.

newtype ListaCreciente = LC [Int]

deriving Show

-- listaCrecienteArbitraria es un generador de lista de enteros

-- crecientes arbitrarias. Por ejemplo,

-- λ> sample listaCrecienteArbitraria

-- LC []

-- LC [2,5]

-- LC [4,8]

-- LC [6,13]

-- LC [7,15,20,28,33]

-- LC [11,15,20,29,35,40]

-- LC [5,17,25,36,42,50,52,64]

-- LC [9,16,31,33,46,59,74,83,85,89,104,113,118]

-- LC [9,22,29,35,37,49,53,62,68,77,83,100]

-- LC []

-- LC [3,22,25,34,36,51,72,75,89]

listaCrecienteArbitraria :: Gen ListaCreciente

listaCrecienteArbitraria = do

xs <- arbitrary

return (LC (listaCreciente xs))

-- (listaCreciente xs) es la lista creciente correspondiente a xs. Por ejemplo,

-- listaCreciente [-1,3,-4,3,0] == [2,6,11,15,16]

listaCreciente :: [Int] -> [Int]

listaCreciente xs =

scanl1 (+) (map (succ . abs) xs)

-- ListaCreciente está contenida en Arbitrary

instance Arbitrary ListaCreciente where

arbitrary = listaCrecienteArbitraria

-- La propiedad es

prop_indicesVerdaderos :: ListaCreciente -> Bool

prop_indicesVerdaderos (LC xs) =

all (== take n (indicesVerdaderos1 xs))

[take n (f xs) | f <-[indicesVerdaderos2,

indicesVerdaderos3,

indicesVerdaderos4,

indicesVerdaderos5,

indicesVerdaderos6]]

where n = length xs

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_indicesVerdaderos

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos1 [0,5..]))

-- False

-- (2.69 secs, 2,611,031,544 bytes)

-- λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos2 [0,5..]))

-- False

-- (0.03 secs, 10,228,880 bytes)

-- λ> last (take (4*10^6) (indicesVerdaderos2 [0,5..]))

-- False

-- (2.37 secs, 1,946,100,856 bytes)

-- λ> last (take (4*10^6) (indicesVerdaderos3 [0,5..]))

-- False

-- (1.54 secs, 1,434,100,984 bytes)

-- λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos3 [0,5..]))

-- False

-- (2.30 secs, 2,150,900,984 bytes)

-- λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos4 [0,5..]))

-- False

-- (1.55 secs, 1,651,701,184 bytes)

-- λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos5 [0,5..]))

-- False

-- (0.58 secs, 1,584,514,304 bytes)

-- λ> last (take (3*10^7) (indicesVerdaderos5 [0,5..]))

-- False

-- (2.74 secs, 7,920,514,360 bytes)

-- λ> last (take (3*10^7) (indicesVerdaderos6 [0,5..]))

-- False

-- (0.82 secs, 6,960,514,136 bytes)

-- λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos1 [0,5..]))

-- False

-- (2.69 secs, 2,611,031,544 bytes)

-- λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos6 [0,5..]))

-- False

-- (0.01 secs, 5,154,040 bytes)

El código se encuentra en [GitHub](https://github.com/jaalonso/Exercitium/blob/main/src/Indices_verdaderos.hs).

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>

[/schedule]

Operaciones con series de potencias

PorJosé A. Alonso 29-mayo-202025-marzo-2022

Una serie de potencias es una serie de la forma

   a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

1	a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

Las series de potencias se pueden representar mediante listas infinitas. Por ejemplo, la serie de la función exponencial es

   e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

1	e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

y se puede representar por [1, 1, 1/2, 1/6, 1/24, 1/120, …]

Las operaciones con series se pueden ver como una generalización de las de los polinomios.

En lo que sigue, usaremos el tipo (Serie a) para representar las series de potencias con coeficientes en a y su definición es

   type Serie a = [a]

1	type Serie a = [a]

Definir las siguientes funciones

   opuesta      :: Num a => Serie a -> Serie a
   suma         :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   resta        :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   producto     :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   cociente     :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   derivada     :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   integral     :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   expx         :: Serie Rational

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

expx :: Serie Rational

tales que

(opuesta xs) es la opuesta de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (opuesta [-6,-4..])
     [6,4,2,0,-2,-4,-6]

1 2	λ> take 7 (opuesta [-6,-4..]) [6,4,2,0,-2,-4,-6]

(suma xs ys) es la suma de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..])
     [3,7,11,15,19,23,27]

1 2	λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..]) [3,7,11,15,19,23,27]

(resta xs ys) es la resta de las series xs es ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])
     [1,1,1,1,1,1,1]
     λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])
     [2,4,6,8,10,12,14]

λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])

[1,1,1,1,1,1,1]

λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])

[2,4,6,8,10,12,14]

(producto xs ys) es el producto de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..])
     [6,22,52,100,170,266,392]

1 2	λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..]) [6,22,52,100,170,266,392]

(cociente xs ys) es el cociente de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..])
     [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..]) [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

(derivada xs) es la derivada de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (derivada [2,4..])
     [4,12,24,40,60,84,112]

1 2	λ> take 7 (derivada [2,4..]) [4,12,24,40,60,84,112]

(integral xs) es la integral de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0))
     [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0)) [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

expx es la serie de la función exponencial. Por ejemplo,

     λ> take 8 expx
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (derivada expx)
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (integral expx)
     [0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 expx

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (derivada expx)

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (integral expx)

[0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

Soluciones

type Serie a = [a] 

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a
opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
producto (x:xs) zs@(y:ys) = 
    x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
cociente (x:xs) (y:ys) = zs 
    where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))  

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational
expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo, 
--    take 7 factoriales  ==  [1,1,2,6,24,120,720]
factoriales :: [Integer]
factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

type Serie a = [a]

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto (x:xs) zs@(y:ys) =

x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente (x:xs) (y:ys) = zs

where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational

expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

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

-- take 7 factoriales == [1,1,2,6,24,120,720]

factoriales :: [Integer]

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

La sucesión de Sylvester

PorJosé A. Alonso 6-mayo-202013-mayo-2020

La sucesión de Sylvester es la sucesión que comienza en 2 y sus restantes términos se obtienen multiplicando los anteriores y sumándole 1.

Definir las funciones

   sylvester        :: Integer -> Integer
   graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

1 2	sylvester :: Integer -> Integer graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

tales que

(sylvester n) es el n-ésimo término de la sucesión de Sylvester. Por ejemplo,

     λ> [sylvester n | n <- [0..7]]
     [2,3,7,43,1807,3263443,10650056950807,113423713055421844361000443]
     λ> length (show (sylvester 25))
     6830085

λ> [sylvester n | n <- [0..7]]

[2,3,7,43,1807,3263443,10650056950807,113423713055421844361000443]

λ> length (show (sylvester 25))

6830085

(graficaSylvester d n) dibuja la gráfica de los d últimos dígitos de los n primeros términos de la sucesión de Sylvester. Por ejemplo,
- (graficaSylvester 3 30) dibuja
- (graficaSylvester 4 30) dibuja
- (graficaSylvester 5 30) dibuja

Nota: Se puede usar programación dinámica para aumentar la eficiencia.

Soluciones

import Data.List               (genericIndex)
import Data.Array              ((!), array)
import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, PNG))

-- 1ª solución (por recursión)
-- ===========================

sylvester1 :: Integer -> Integer
sylvester1 0 = 2
sylvester1 n = 1 + product [sylvester1 k | k <- [0..n-1]]

-- 2ª solución (con programación dinámica)
-- =======================================

sylvester2 :: Integer -> Integer
sylvester2 n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 2
  f m = 1 + product [v!k | k <- [0..m-1]]

-- 3ª solución
-- ===========

-- Observando que
--    S(n) = 1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2)*S(n-1)
--         = 1 + (1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2))*S(n-1) - S(n-1)
--         = 1 + S(n-1)*S(n-1) - S(n-1)
--         = 1 + S(n-1)^2 - S(n-1)
-- se obtiene la siguiente definición.
sylvester3 :: Integer -> Integer
sylvester3 0 = 2
sylvester3 n = 1 + x^2 - x
  where x = sylvester3 (n-1)

-- 4ª solución
-- ===========

sylvester4 :: Integer -> Integer
sylvester4 n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 2
  f m = 1 + x^2 - x
    where x = v ! (m-1)

-- 5ª solución
-- ===========

sylvester5 :: Integer -> Integer
sylvester5 n = sucSylvester5 `genericIndex` n

sucSylvester5 :: [Integer]
sucSylvester5 = iterate (\x -> (x-1)*x+1) 2 

-- La comparación es
--    λ> length (show (sylvester1 23))
--    1707522
--    (6.03 secs, 4,090,415,704 bytes)
--    λ> length (show (sylvester2 23))
--    1707522
--    (0.33 secs, 109,477,296 bytes)
--    λ> length (show (sylvester3 23))
--    1707522
--    (0.35 secs, 109,395,136 bytes)
--    λ> length (show (sylvester4 23))
--    1707522
--    (0.33 secs, 109,402,440 bytes)
--    λ> length (show (sylvester5 23))
--    1707522
--    (0.30 secs, 108,676,256 bytes)

graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()
graficaSylvester d n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("La_sucesion_de_Sylvester_" ++ show (d,n) ++ ".png")
           ]
           [sylvester5 k `mod` (10^d) | k <- [0..n]]

import Data.List (genericIndex)

import Data.Array ((!), array)

import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, PNG))

-- 1ª solución (por recursión)

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

sylvester1 :: Integer -> Integer

sylvester1 0 = 2

sylvester1 n = 1 + product [sylvester1 k | k <- [0..n-1]]

-- 2ª solución (con programación dinámica)

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

sylvester2 :: Integer -> Integer

sylvester2 n = v ! n where

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

f 0 = 2

f m = 1 + product [v!k | k <- [0..m-1]]

-- 3ª solución

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

-- Observando que

-- S(n) = 1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2)*S(n-1)

-- = 1 + (1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2))*S(n-1) - S(n-1)

-- = 1 + S(n-1)*S(n-1) - S(n-1)

-- = 1 + S(n-1)^2 - S(n-1)

-- se obtiene la siguiente definición.

sylvester3 :: Integer -> Integer

sylvester3 0 = 2

sylvester3 n = 1 + x^2 - x

where x = sylvester3 (n-1)

-- 4ª solución

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

sylvester4 :: Integer -> Integer

sylvester4 n = v ! n where

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

f 0 = 2

f m = 1 + x^2 - x

where x = v ! (m-1)

-- 5ª solución

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

sylvester5 :: Integer -> Integer

sylvester5 n = sucSylvester5 `genericIndex` n

sucSylvester5 :: [Integer]

sucSylvester5 = iterate (\x -> (x-1)*x+1) 2

-- La comparación es

-- λ> length (show (sylvester1 23))

-- 1707522

-- (6.03 secs, 4,090,415,704 bytes)

-- λ> length (show (sylvester2 23))

-- 1707522

-- (0.33 secs, 109,477,296 bytes)

-- λ> length (show (sylvester3 23))

-- 1707522

-- (0.35 secs, 109,395,136 bytes)

-- λ> length (show (sylvester4 23))

-- 1707522

-- (0.33 secs, 109,402,440 bytes)

-- λ> length (show (sylvester5 23))

-- 1707522

-- (0.30 secs, 108,676,256 bytes)

graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

graficaSylvester d n =

plotList [ Key Nothing

, PNG ("La_sucesion_de_Sylvester_" ++ show (d,n) ++ ".png")

]

[sylvester5 k `mod` (10^d) | k <- [0..n]]

Suma de segmentos iniciales

PorJosé A. Alonso 20-abril-20203-mayo-2020

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

Definir la función

   sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

1	sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

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

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

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

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

   sumaSegmentosIniciales (genericReplicate n 1)

1	sumaSegmentosIniciales (genericReplicate n 1)

es igual a

   n * (n + 1) `div` 2

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

Soluciones

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

-- 1ª solución
-- ===========

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

-- 2ª solución
-- ===========

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

-- 3ª solución
-- ===========

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

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

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

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

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

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

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

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

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

import Data.List (genericLength, genericReplicate)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales xs =

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

-- 2ª solución

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

sumaSegmentosIniciales2 :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales2 xs =

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

where n = genericLength xs

-- 3ª solución

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

sumaSegmentosIniciales3 :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales3 xs =

sum (scanl1 (+) xs)

-- Comprobación de la equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_sumaSegmentosInicialesEquiv :: [Integer] -> Bool

prop_sumaSegmentosInicialesEquiv xs =

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

, sumaSegmentosIniciales3]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumaSegmentosInicialesEquiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

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

-- 166716670000

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

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

-- 166716670000

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

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

-- 4500004500001000000

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

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

-- 4500004500001000000

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

-- Comprobación de la propiedad

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

-- La propiedad es

prop_sumaSegmentosIniciales :: Positive Integer -> Bool

prop_sumaSegmentosIniciales (Positive n) =

sumaSegmentosIniciales3 (genericReplicate n 1) ==

n * (n + 1) `div` 2

-- La compronación es

-- λ> quickCheck prop_sumaSegmentosIniciales

-- +++ OK, passed 100 tests.

Otras soluciones

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

Cálculo de pi mediante los métodos de Gregory-Leibniz y de Beeler

PorJosé A. Alonso 7-abril-202026-marzo-2022

La fórmula de Gregory-Leibniz para calcular pi es

y la de Beeler es

Definir las funciones

   aproximaPiGL     :: Int -> Double
   aproximaPiBeeler :: Int -> Double
   graficas         :: [Int] -> IO ()

aproximaPiGL :: Int -> Double

aproximaPiBeeler :: Int -> Double

graficas :: [Int] -> IO ()

tales que

(aproximaPiGL n) es la aproximación de pi con los primeros n términos de la fórmula de Gregory-Leibniz. Por ejemplo,

     aproximaPiGL 1       ==  4.0
     aproximaPiGL 2       ==  2.666666666666667
     aproximaPiGL 3       ==  3.466666666666667
     aproximaPiGL 10      ==  3.0418396189294032
     aproximaPiGL 100     ==  3.1315929035585537
     aproximaPiGL 1000    ==  3.140592653839794
     aproximaPiGL 10000   ==  3.1414926535900345
     aproximaPiGL 100000  ==  3.1415826535897198

aproximaPiGL 1 == 4.0

aproximaPiGL 2 == 2.666666666666667

aproximaPiGL 3 == 3.466666666666667

aproximaPiGL 10 == 3.0418396189294032

aproximaPiGL 100 == 3.1315929035585537

aproximaPiGL 1000 == 3.140592653839794

aproximaPiGL 10000 == 3.1414926535900345

aproximaPiGL 100000 == 3.1415826535897198

(aproximaPiBeeler n) es la aproximación de pi con los primeros n términos de la fórmula de Beeler. Por ejemplo,

     aproximaPiBeeler 1   ==  2.0
     aproximaPiBeeler 2   ==  2.6666666666666665
     aproximaPiBeeler 3   ==  2.933333333333333
     aproximaPiBeeler 10  ==  3.140578169680337
     aproximaPiBeeler 60  ==  3.141592653589793
     pi                   ==  3.141592653589793

aproximaPiBeeler 1 == 2.0

aproximaPiBeeler 2 == 2.6666666666666665

aproximaPiBeeler 3 == 2.933333333333333

aproximaPiBeeler 10 == 3.140578169680337

aproximaPiBeeler 60 == 3.141592653589793

pi == 3.141592653589793

(graficas xs) dibuja la gráfica de las k-ésimas aproximaciones de pi, donde k toma los valores de la lista xs, con las fórmulas de Gregory-Leibniz y de Beeler. Por ejemplo, (graficas [1..25]) dibuja

donde la línea morada corresponde a la aproximación de Gregory-Leibniz y la verde a la de Beeler.

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definiciones de aproximaPiGL
-- ============================

-- 1ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL :: Int -> Double
aproximaPiGL n = 4 * (sum . take n . sumaA . zipWith (/) [1,1..]) [1,3..]
  where sumaA (x:y:xs) = x:(-y):sumaA xs

-- 2ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL2 :: Int -> Double
aproximaPiGL2 n =
  4 * (sum (take n (zipWith (/) (cycle [1,-1]) [1,3..])))

-- 3ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL3 :: Int -> Double
aproximaPiGL3 n =
  4 * (sum . take n . zipWith (/) (cycle [1,-1])) [1,3..]

-- 4ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL4 :: Int -> Double
aproximaPiGL4 n = serieGL !! (n-1)

serieGL :: [Double]
serieGL = scanl1 (+) (zipWith (/) numeradores denominadores)
  where numeradores   = cycle [4,-4]
        denominadores = [1,3..]

-- Definición de aproximaPiBeeler
aproximaPiBeeler :: Int -> Double
aproximaPiBeeler n = 2 * aux (fromIntegral n) 1
  where
    aux :: Double -> Double -> Double 
    aux n k | n == k    = 1
            | otherwise = 1 + (k/(2*k+1)) * aux n (1+k)

-- Definición de graficas
graficas :: [Int] -> IO ()
graficas xs = 
    plotLists [Key Nothing]
             [[(k,aproximaPiGL k)     | k <- xs],
              [(k,aproximaPiBeeler k) | k <- xs]]

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definiciones de aproximaPiGL

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

-- 1ª definición de aproximaPiGL

aproximaPiGL :: Int -> Double

aproximaPiGL n = 4 * (sum . take n . sumaA . zipWith (/) [1,1..]) [1,3..]

where sumaA (x:y:xs) = x:(-y):sumaA xs

-- 2ª definición de aproximaPiGL

aproximaPiGL2 :: Int -> Double

aproximaPiGL2 n =

4 * (sum (take n (zipWith (/) (cycle [1,-1]) [1,3..])))

-- 3ª definición de aproximaPiGL

aproximaPiGL3 :: Int -> Double

aproximaPiGL3 n =

4 * (sum . take n . zipWith (/) (cycle [1,-1])) [1,3..]

-- 4ª definición de aproximaPiGL

aproximaPiGL4 :: Int -> Double

aproximaPiGL4 n = serieGL !! (n-1)

serieGL :: [Double]

serieGL = scanl1 (+) (zipWith (/) numeradores denominadores)

where numeradores = cycle [4,-4]

denominadores = [1,3..]

-- Definición de aproximaPiBeeler

aproximaPiBeeler :: Int -> Double

aproximaPiBeeler n = 2 * aux (fromIntegral n) 1

where

aux :: Double -> Double -> Double

aux n k | n == k = 1

| otherwise = 1 + (k/(2*k+1)) * aux n (1+k)

-- Definición de graficas

graficas :: [Int] -> IO ()

graficas xs =

plotLists [Key Nothing]

[[(k,aproximaPiGL k) | k <- xs],

[(k,aproximaPiBeeler k) | k <- xs]]

Otras soluciones

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

Cálculo de pi con el producto de Wallis

PorJosé A. Alonso 6-abril-202013-abril-2020

El producto de Wallis es una expresión, descubierta por John Wallis en 1655, para representar el valor de π y que establece que:

    π     2     2     4     4     6     6     8     8
   --- = --- · --- · --- · --- · --- · --- · --- · --- ···
    2     1     3     3     5     5     7     7     9

π 2 2 4 4 6 6 8 8

--- = --- · --- · --- · --- · --- · --- · --- · --- ···

2 1 3 3 5 5 7 7 9

Definir las funciones

   factoresWallis  :: [Rational]
   productosWallis :: [Rational]
   aproximacionPi  :: Int -> Double
   errorPi         :: Double -> Int

factoresWallis :: [Rational]

productosWallis :: [Rational]

aproximacionPi :: Int -> Double

errorPi :: Double -> Int

tales que

factoresWallis es la sucesión de los factores del productos de Wallis. Por ejemplo,

     λ> take 10 factoresWallis
     [2 % 1,2 % 3,4 % 3,4 % 5,6 % 5,6 % 7,8 % 7,8 % 9,10 % 9,10 % 11]

1 2	λ> take 10 factoresWallis [2 % 1,2 % 3,4 % 3,4 % 5,6 % 5,6 % 7,8 % 7,8 % 9,10 % 9,10 % 11]

productosWallis es la sucesión de los productos de los primeros factores de Wallis. Por ejemplo,

     λ> take 7 productosWallis
     [2 % 1,4 % 3,16 % 9,64 % 45,128 % 75,256 % 175,2048 % 1225]

1 2	λ> take 7 productosWallis [2 % 1,4 % 3,16 % 9,64 % 45,128 % 75,256 % 175,2048 % 1225]

(aproximacionPi n) es la aproximación de pi obtenida multiplicando los n primeros factores de Wallis. Por ejemplo,

     aproximacionPi 20     ==  3.2137849402931895
     aproximacionPi 200    ==  3.1493784731686008
     aproximacionPi 2000   ==  3.142377365093878
     aproximacionPi 20000  ==  3.141671186534396

aproximacionPi 20 == 3.2137849402931895

aproximacionPi 200 == 3.1493784731686008

aproximacionPi 2000 == 3.142377365093878

aproximacionPi 20000 == 3.141671186534396

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

     errorPi 0.1     ==  14
     errorPi 0.01    ==  155
     errorPi 0.001   ==  1569
     errorPi 0.0001  ==  15707

errorPi 0.1 == 14

errorPi 0.01 == 155

errorPi 0.001 == 1569

errorPi 0.0001 == 15707

Soluciones

import Data.Ratio

factoresWallis :: [Rational]
factoresWallis =
  concat [[y%(y-1),  y%(y+1)] | x <- [1..], let y = 2*x]

productosWallis :: [Rational]
productosWallis = scanl1 (*) factoresWallis

aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n =
  fromRational (2 * productosWallis !! n)

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

-- 2ª definición de errorPi
errorPi2 :: Double -> Int
errorPi2 x =
  length (takeWhile (>=x) [abs (pi - 2 * fromRational y)
                          | y <- productosWallis])

-- 2ª definición de aproximacionPi
aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 n =
  2 * productosWallis2 !! n

productosWallis2 :: [Double]
productosWallis2 = scanl1 (*) factoresWallis2

factoresWallis2 :: [Double]
factoresWallis2 =
  concat [[y/(y-1),  y/(y+1)] | x <- [1..], let y = 2*x]

-- 3ª definición de errorPi
errorPi3 :: Double -> Int
errorPi3 x = head [n | n <- [1..]
                     , abs (pi - aproximacionPi2 n) < x]

-- Comparación de eficiencia
--    λ> errorPi 0.001
--    1569
--    (0.82 secs, 374,495,816 bytes)
--
--    λ> errorPi2 0.001
--    1569
--    (0.79 secs, 369,282,320 bytes)
--
--    λ> errorPi3 0.001
--    1569
--    (0.04 secs, 0 bytes)

import Data.Ratio

factoresWallis :: [Rational]

factoresWallis =

concat [[y%(y-1), y%(y+1)] | x <- [1..], let y = 2*x]

productosWallis :: [Rational]

productosWallis = scanl1 (*) factoresWallis

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n =

fromRational (2 * productosWallis !! n)

errorPi :: Double -> Int

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

, abs (pi - aproximacionPi n) < x]

-- 2ª definición de errorPi

errorPi2 :: Double -> Int

errorPi2 x =

length (takeWhile (>=x) [abs (pi - 2 * fromRational y)

| y <- productosWallis])

-- 2ª definición de aproximacionPi

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 n =

2 * productosWallis2 !! n

productosWallis2 :: [Double]

productosWallis2 = scanl1 (*) factoresWallis2

factoresWallis2 :: [Double]

factoresWallis2 =

concat [[y/(y-1), y/(y+1)] | x <- [1..], let y = 2*x]

-- 3ª definición de errorPi

errorPi3 :: Double -> Int

errorPi3 x = head [n | n <- [1..]

, abs (pi - aproximacionPi2 n) < x]

-- Comparación de eficiencia

-- λ> errorPi 0.001

-- 1569

-- (0.82 secs, 374,495,816 bytes)

-- λ> errorPi2 0.001

-- 1569

-- (0.79 secs, 369,282,320 bytes)

-- λ> errorPi3 0.001

-- 1569

-- (0.04 secs, 0 bytes)

Otras soluciones

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

Pensamiento

«¿Por qué son hermosos los números? Es como preguntar por qué es bella la Novena Sinfonía de Beethoven. Si no ves por qué, alguien no puede decírtelo. Yo sé que los números son hermosos. Si no son hermosos, nada lo es.»

Paul Erdös.

Números como sumas de primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 27-marzo-20206-abril-2020

En el artículo Integers as a sum of consecutive primes in 2,3,4,.. ways se presentan números que se pueden escribir como sumas de primos consecutivos de varias formas. Por ejemplo, el 41 se puede escribir de dos formas distintas

   41 =  2 +  3 +  5 + 7 + 11 + 13
   41 = 11 + 13 + 17

1 2	41 = 2 + 3 + 5 + 7 + 11 + 13 41 = 11 + 13 + 17

el 240 se puede escribir de tres formas

   240 =  17 +  19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43
   240 =  53 +  59 + 61 + 67
   240 = 113 + 127

240 = 17 + 19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43

240 = 53 + 59 + 61 + 67

240 = 113 + 127

y el 311 se puede escribir de 4 formas

   311 =  11 +  13 +  17 + 19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43 + 47
   311 =  31 +  37 +  41 + 43 + 47 + 53 + 59
   311 =  53 +  59 +  61 + 67 + 71
   311 = 101 + 103 + 107

311 = 11 + 13 + 17 + 19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43 + 47

311 = 31 + 37 + 41 + 43 + 47 + 53 + 59

311 = 53 + 59 + 61 + 67 + 71

311 = 101 + 103 + 107

Definir la función

   sumas :: Integer -> [[Integer]]

1	sumas :: Integer -> [[Integer]]

tal que (sumas x) es la lista de las formas de escribir x como suma de dos o más números primos consecutivos. Por ejemplo,

   ghci> sumas 41
   [[2,3,5,7,11,13],[11,13,17]]
   ghci> sumas 240
   [[17,19,23,29,31,37,41,43],[53,59,61,67],[113,127]]
   ghci> sumas 311
   [[11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47],[31,37,41,43,47,53,59],
    [53,59,61,67,71],[101,103,107]]
   ghci> maximum [length (sumas n) | n <- [1..600]]
   4

ghci> sumas 41

[[2,3,5,7,11,13],[11,13,17]]

ghci> sumas 240

[[17,19,23,29,31,37,41,43],[53,59,61,67],[113,127]]

ghci> sumas 311

[[11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47],[31,37,41,43,47,53,59],

[53,59,61,67,71],[101,103,107]]

ghci> maximum [length (sumas n) | n <- [1..600]]

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)

sumas :: Integer -> [[Integer]]
sumas x = [ys | n <- takeWhile (< x) primes, 
                let ys = sumaDesde x n,
                not (null ys)]

-- (sumaDesde x n) es la lista de al menos dos números primos
-- consecutivos a partir del número primo n cuya suma es x, si existen y
-- la lista vacía en caso contrario. Por ejemplo,
--    sumaDesde 15 3  ==  [3,5,7]
--    sumaDesde  7 3  ==  []
sumaDesde :: Integer -> Integer -> [Integer]
sumaDesde x n | x == y    = take (1 + length us) ys
              | otherwise = []
    where ys       = dropWhile (<n) primes
          (us,y:_) = span (<x) (scanl1 (+) ys)

import Data.Numbers.Primes (primes)

sumas :: Integer -> [[Integer]]

sumas x = [ys | n <- takeWhile (< x) primes,

let ys = sumaDesde x n,

not (null ys)]

-- (sumaDesde x n) es la lista de al menos dos números primos

-- consecutivos a partir del número primo n cuya suma es x, si existen y

-- la lista vacía en caso contrario. Por ejemplo,

-- sumaDesde 15 3 == [3,5,7]

-- sumaDesde 7 3 == []

sumaDesde :: Integer -> Integer -> [Integer]

sumaDesde x n | x == y = take (1 + length us) ys

| otherwise = []

where ys = dropWhile (<n) primes

(us,y:_) = span (<x) (scanl1 (+) ys)

Otras soluciones

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

Pensamiento

«El desarrollo de las matemáticas hacia una mayor precisión ha llevado, como es bien sabido, a la formalización de grandes partes de las mismas, de modo que se puede probar cualquier teorema usando nada más que unas pocas reglas mecánicas.»

Kurt Gödel.

Cálculo de pi mediante el método de Newton

PorJosé A. Alonso 18-marzo-202025-marzo-2020

El método de Newton para el cálculo de pi se basa en la relación

y en el desarrollo del arco seno

de donde se obtiene la fórmula

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

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 ()

1 2	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

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

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]

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

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

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.

Cálculo de pi mediante la serie de Nilakantha

PorJosé A. Alonso 12-marzo-202025-marzo-2022

Una serie infinita para el cálculo de pi, publicada por Nilakantha en el siglo XV, es

Definir las funciones

   aproximacionPi :: Int -> Double
   tabla          :: FilePath -> [Int] -> IO ()

1 2	aproximacionPi :: Int -> Double tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tales que

(aproximacionPi n) es la n-ésima aproximación de pi obtenido sumando los n primeros términos de la serie de Nilakantha. Por ejemplo,

     aproximacionPi 0        ==  3.0
     aproximacionPi 1        ==  3.1666666666666665
     aproximacionPi 2        ==  3.1333333333333333
     aproximacionPi 3        ==  3.145238095238095
     aproximacionPi 4        ==  3.1396825396825396
     aproximacionPi 5        ==  3.1427128427128426
     aproximacionPi 10       ==  3.1414067184965018
     aproximacionPi 100      ==  3.1415924109719824
     aproximacionPi 1000     ==  3.141592653340544
     aproximacionPi 10000    ==  3.141592653589538
     aproximacionPi 100000   ==  3.1415926535897865
     aproximacionPi 1000000  ==  3.141592653589787
     pi                      ==  3.141592653589793

aproximacionPi 0 == 3.0

aproximacionPi 1 == 3.1666666666666665

aproximacionPi 2 == 3.1333333333333333

aproximacionPi 3 == 3.145238095238095

aproximacionPi 4 == 3.1396825396825396

aproximacionPi 5 == 3.1427128427128426

aproximacionPi 10 == 3.1414067184965018

aproximacionPi 100 == 3.1415924109719824

aproximacionPi 1000 == 3.141592653340544

aproximacionPi 10000 == 3.141592653589538

aproximacionPi 100000 == 3.1415926535897865

aproximacionPi 1000000 == 3.141592653589787

pi == 3.141592653589793

(tabla f ns) escribe en el fichero f las n-ésimas aproximaciones de pi, donde n toma los valores de la lista ns, junto con sus errores. Por ejemplo, al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|   10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |
|   20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |
|   30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |
|   40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |
|   50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |
|   60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |
|   70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |
|   80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |
|   90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |
|  100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |
+------+----------------+----------------+

+------+----------------+----------------+

| n | Aproximación | Error |

+------+----------------+----------------+

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |

| 20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |

| 30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |

| 40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |

| 50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |

| 60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |

| 70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |

| 80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |

| 90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |

| 100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |

+------+----------------+----------------+

al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|  500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |
| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |
| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |
| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |
| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |
| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |
| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |
| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |
| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |
| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |
+------+----------------+----------------+

+------+----------------+----------------+

| n | Aproximación | Error |

+------+----------------+----------------+

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |

| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |

| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |

| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |

| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |

| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |

| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |

| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |

| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |

| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |

+------+----------------+----------------+

Soluciones

import Text.Printf

-- 1ª solución
-- ===========

aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]
serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]
terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores
  where numeradores   = 3 : cycle [4,-4]
        denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

-- 2ª solución
-- ===========

aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 = aux 3 2 1
  where aux x _ _ 0 = x
        aux x y z m =
          aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)

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

--    λ> aproximacionPi (2*10^5)
--    3.141592653589787
--    (0.82 secs, 145,964,728 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (2*10^5)
--    3.141592653589787
--    (2.27 secs, 432,463,496 bytes)
--    λ> aproximacionPi (3*10^5)
--    3.141592653589787
--    (0.34 secs, 73,056,488 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (3*10^5)
--    3.141592653589787
--    (3.24 secs, 648,603,824 bytes)

-- Definicioń de tabla
-- ===================

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()
tabla f ns = do
  writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String
tablaAux ns =
     linea
  ++ cabecera
  ++ linea
  ++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e
            | n <- ns
            , let a = aproximacionPi n
            , let e = abs (pi - a)]
  ++ linea

linea :: String
linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String
cabecera = "| n    | Aproximación   | Error          |\n"

import Text.Printf

-- 1ª solución

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

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]

serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]

terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores

where numeradores = 3 : cycle [4,-4]

denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

-- 2ª solución

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

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 = aux 3 2 1

where aux x _ _ 0 = x

aux x y z m =

aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> aproximacionPi (2*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (0.82 secs, 145,964,728 bytes)

-- λ> aproximacionPi2 (2*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (2.27 secs, 432,463,496 bytes)

-- λ> aproximacionPi (3*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (0.34 secs, 73,056,488 bytes)

-- λ> aproximacionPi2 (3*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (3.24 secs, 648,603,824 bytes)

-- Definicioń de tabla

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

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tabla f ns = do

writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String

tablaAux ns =

linea

++ cabecera

++ linea

++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e

| n <- ns

, let a = aproximacionPi n

, let e = abs (pi - a)]

++ linea

linea :: String

linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String

cabecera = "| n | Aproximación | Error |\n"

Acotación del primorial

PorJosé A. Alonso 31-enero-20207-febrero-2020

El primorial de un número natural n es el producto de todos los números primos menores o iguales a n. Por ejemplo, el primorial de 5 es 30 porque el producto de los primos menores o iguales que 5 es

   2 * 3 * 5 = 30

1	2 * 3 * 5 = 30

La propiedad de Erdös de acotación de los primoriales afirma que

Para todo número natural n, su primorial es menor o igual que 4ⁿ.

Definir las funciones

   primorial :: Integer -> Integer
   primoriales :: [Integer]

1 2	primorial :: Integer -> Integer primoriales :: [Integer]

tales que

(primorial n) es el primorial de n. Por ejemplo,

     primorial 3  ==  6
     primorial 5  ==  30
     primorial 8  ==  210

primorial 3 == 6

primorial 5 == 30

primorial 8 == 210

primoriales es la sucesión de los primoriales. Por ejemplo,

   λ> take 15 primoriales
   [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

1 2	λ> take 15 primoriales [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

Comprobar con QuickCheck la propiedad de Erdös de acotación de los primoriales.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de primorial
-- ==========================

primorial :: Integer -> Integer
primorial n = product (takeWhile (<= n) primes)

-- 2ª definición de primorial
-- ==========================

primorial2 :: Integer -> Integer
primorial2 0 = 1
primorial2 n | gcd n x == 1 = n*x
             | otherwise    = x
  where x = primorial2 (n-1)

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

--    λ> length (show (primorial (5*10^5)))
--    216852
--    (1.65 secs, 2,472,977,584 bytes)
--    λ> length (show (primorial2 (5*10^5)))
--    216852
--    (3.56 secs, 2,719,162,272 bytes)

-- 1ª definición de primoriales
-- ============================

--    λ> take 15 primoriales
--    [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]
primoriales :: [Integer]
primoriales = map primorial [0..]

-- 2ª definición de primoriales
-- ============================

--    λ> take 15 primoriales2
--    [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]
primoriales2 :: [Integer]
primoriales2 = map primorial2 [0..]

-- 3ª definición de primoriales
-- ============================

--    λ> take 15 primoriales3
--    [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]
primoriales3 :: [Integer]
primoriales3 = scanl1 f [1..]
  where f x n | gcd n x == 1 = n*x
              | otherwise    = x

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

--    λ> minimum (take 5000 primoriales)
--    1
--    (1.56 secs, 4,857,760,464 bytes)
--    λ> minimum (take 5000 primoriales2)
--    1
--    (9.39 secs, 10,942,848,240 bytes)
--    λ> minimum (take 5000 primoriales3)
--    1
--    (0.01 secs, 5,575,024 bytes)
--    
--    λ> minimum (take 6000 primoriales)
--    1
--    (2.22 secs, 7,013,937,248 bytes)
--    λ> minimum (take 6000 primoriales3)
--    1
--    (0.01 secs, 6,737,328 bytes)

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

prop_primorial :: Integer -> Property
prop_primorial n =
  n >= 0 ==> primorial n <= 4^n

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

import Data.Numbers.Primes

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de primorial

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

primorial :: Integer -> Integer

primorial n = product (takeWhile (<= n) primes)

-- 2ª definición de primorial

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

primorial2 :: Integer -> Integer

primorial2 0 = 1

primorial2 n | gcd n x == 1 = n*x

| otherwise = x

where x = primorial2 (n-1)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (show (primorial (5*10^5)))

-- 216852

-- (1.65 secs, 2,472,977,584 bytes)

-- λ> length (show (primorial2 (5*10^5)))

-- 216852

-- (3.56 secs, 2,719,162,272 bytes)

-- 1ª definición de primoriales

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

-- λ> take 15 primoriales

-- [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

primoriales :: [Integer]

primoriales = map primorial [0..]

-- 2ª definición de primoriales

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

-- λ> take 15 primoriales2

-- [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

primoriales2 :: [Integer]

primoriales2 = map primorial2 [0..]

-- 3ª definición de primoriales

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

-- λ> take 15 primoriales3

-- [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

primoriales3 :: [Integer]

primoriales3 = scanl1 f [1..]

where f x n | gcd n x == 1 = n*x

| otherwise = x

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> minimum (take 5000 primoriales)

-- 1

-- (1.56 secs, 4,857,760,464 bytes)

-- λ> minimum (take 5000 primoriales2)

-- 1

-- (9.39 secs, 10,942,848,240 bytes)

-- λ> minimum (take 5000 primoriales3)

-- 1

-- (0.01 secs, 5,575,024 bytes)

-- λ> minimum (take 6000 primoriales)

-- 1

-- (2.22 secs, 7,013,937,248 bytes)

-- λ> minimum (take 6000 primoriales3)

-- 1

-- (0.01 secs, 6,737,328 bytes)

-- Propiedad

-- =========

prop_primorial :: Integer -> Property

prop_primorial n =

n >= 0 ==> primorial n <= 4^n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_primorial

-- +++ OK, passed 100 tests.

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

Pensamiento

«Las matemáticas son la reina de las ciencias y la teoría de los números es la reina de las matemáticas.»

Carl Friedrich Gauss.

Transformaciones lineales de números triangulares

PorJosé A. Alonso 4-diciembre-201911-diciembre-2019

La sucesión de los números triangulares se obtiene sumando los números naturales. Así, los 8 primeros números triangulares son

    1 = 1
    3 = 1+2
    6 = 1+2+3
   10 = 1+2+3+4
   15 = 1+2+3+4+5
   21 = 1+2+3+4+5+6
   28 = 1+2+3+4+5+6+7
   36 = 1+2+3+4+5+6+7+8

1 = 1

3 = 1+2

6 = 1+2+3

10 = 1+2+3+4

15 = 1+2+3+4+5

21 = 1+2+3+4+5+6

28 = 1+2+3+4+5+6+7

36 = 1+2+3+4+5+6+7+8

Para cada número triangular n existen números naturales a y b, tales que a . n + b también es triangular. Para n = 6, se tiene que

    6 = 1 * 6 + 0
   15 = 2 * 6 + 3
   21 = 3 * 6 + 3
   28 = 4 * 6 + 4
   36 = 5 * 6 + 6

6 = 1 * 6 + 0

15 = 2 * 6 + 3

21 = 3 * 6 + 3

28 = 4 * 6 + 4

36 = 5 * 6 + 6

son números triangulares

Definir la función

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

1	transformaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]

tal que si n es triangular, (transformaciones n) es la lista de los pares (a,b) tales que a es un entero positivo y b el menor número tal que a . n + b es triangular. Por ejemplo,

   take 5 (transformaciones 6)  == [(1,0),(2,3),(3,3),(4,4),(5,6)]
   take 5 (transformaciones 15) == [(1,0),(2,6),(3,10),(4,6),(5,3)]
   transformaciones 21 !! (7*10^7) == (70000001,39732)

take 5 (transformaciones 6) == [(1,0),(2,3),(3,3),(4,4),(5,6)]

take 5 (transformaciones 15) == [(1,0),(2,6),(3,10),(4,6),(5,3)]

transformaciones 21 !! (7*10^7) == (70000001,39732)

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========

transformaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
transformaciones n = (1,0) : [(a, f a) | a <- [2..]]
  where f a = head (dropWhile (<= a*n) triangulares) - a*n

-- triangulares es la lista de los números triangulares. Por ejemplo,  
--    take 5 triangulares == [1,3,6,10,15]
triangulares :: [Integer]
triangulares = scanl1 (+) [1..]

-- 2ª solución
-- ===========

transformaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
transformaciones2 n = (1,0): map g [2..]
  where g a = (a, head (dropWhile (<= a*n) triangulares) - a*n)

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

--    λ> transformaciones 21 !! (2*10^7)
--    (20000001,21615)
--    (3.02 secs, 4,320,111,544 bytes)
--    λ> transformaciones2 21 !! (2*10^7)
--    (20000001,21615)
--    (0.44 secs, 3,200,112,320 bytes)
--
--    λ> transformaciones2 21 !! (7*10^7)
--    (70000001,39732)
--    (1.41 secs, 11,200,885,336 bytes)

-- 1ª solución

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

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

transformaciones n = (1,0) : [(a, f a) | a <- [2..]]

where f a = head (dropWhile (<= a*n) triangulares) - a*n

-- triangulares es la lista de los números triangulares. Por ejemplo,

-- take 5 triangulares == [1,3,6,10,15]

triangulares :: [Integer]

triangulares = scanl1 (+) [1..]

-- 2ª solución

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

transformaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

transformaciones2 n = (1,0): map g [2..]

where g a = (a, head (dropWhile (<= a*n) triangulares) - a*n)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> transformaciones 21 !! (2*10^7)

-- (20000001,21615)

-- (3.02 secs, 4,320,111,544 bytes)

-- λ> transformaciones2 21 !! (2*10^7)

-- (20000001,21615)

-- (0.44 secs, 3,200,112,320 bytes)

-- λ> transformaciones2 21 !! (7*10^7)

-- (70000001,39732)

-- (1.41 secs, 11,200,885,336 bytes)

Pensamiento

A la hora del rocío,
de la niebla salen
sierra blanca y prado verde.
¡El sol en los encinares!

Antonio Machado

Menor número triangular con más de n divisores

PorJosé A. Alonso 27-noviembre-20194-diciembre-2019

La sucesión de los números triangulares se obtiene sumando los números naturales.

   *     *      *        *         *   
        * *    * *      * *       * *  
              * * *    * * *     * * * 
                      * * * *   * * * *
                               * * * * * 
   1     3      6        10        15

* * * * *

* * * * * * * *

* * * * * * * * *

* * * * * * * *

* * * * *

1 3 6 10 15

Así, el 7º número triangular es

   1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 = 28.

1	1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 = 28.

Los primeros 10 números triangulares son

   1, 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36, 45, 55, ...

1	1, 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36, 45, 55, ...

Los divisores de los primeros 7 números triangulares son:

    1: 1
    3: 1,3
    6: 1,2,3,6
   10: 1,2,5,10
   15: 1,3,5,15
   21: 1,3,7,21
   28: 1,2,4,7,14,28

1: 1

3: 1,3

6: 1,2,3,6

10: 1,2,5,10

15: 1,3,5,15

21: 1,3,7,21

28: 1,2,4,7,14,28

Como se puede observar, 28 es el menor número triangular con más de 5 divisores.

Definir la función

   menorTriangularConAlMenosNDivisores :: Int -> Integer

1	menorTriangularConAlMenosNDivisores :: Int -> Integer

tal que (menorTriangularConAlMenosNDivisores n) es el menor número triangular que tiene al menos n divisores. Por ejemplo,

   menorTriangularConAlMenosNDivisores 5    ==  28
   menorTriangularConAlMenosNDivisores 50   ==  25200
   menorTriangularConAlMenosNDivisores 500  ==  76576500

menorTriangularConAlMenosNDivisores 5 == 28

menorTriangularConAlMenosNDivisores 50 == 25200

menorTriangularConAlMenosNDivisores 500 == 76576500

Nota: Este ejercicio está basado en el problema 12 del Proyecto Euler

Soluciones

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

menorTriangularConAlMenosNDivisores :: Int -> Integer
menorTriangularConAlMenosNDivisores n = 
  head [x | x <- triangulares, nDivisores x >= n]

-- Nota: Se usarán las funciones
-- + triangulares definida en [Números triangulares](http://bit.ly/2rtr6a3) y
-- + nDivisores definida en [Número de divisores](http://bit.ly/2DgVh74)

-- triangulares es la sucesión de los números triangulares. Por ejemplo,
--    take 10 triangulares  ==  [1,3,6,10,15,21,28,36,45,55]
triangulares :: [Integer]
triangulares = scanl1 (+) [1..]

-- (nDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,
--    nDivisores 28  ==  6
nDivisores :: Integer -> Int
nDivisores = product . map ((+1) . length) . group . primeFactors

import Data.List (group)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

menorTriangularConAlMenosNDivisores :: Int -> Integer

menorTriangularConAlMenosNDivisores n =

head [x | x <- triangulares, nDivisores x >= n]

-- Nota: Se usarán las funciones

-- + triangulares definida en [Números triangulares](http://bit.ly/2rtr6a3) y

-- + nDivisores definida en [Número de divisores](http://bit.ly/2DgVh74)

-- triangulares es la sucesión de los números triangulares. Por ejemplo,

-- take 10 triangulares == [1,3,6,10,15,21,28,36,45,55]

triangulares :: [Integer]

triangulares = scanl1 (+) [1..]

-- (nDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

-- nDivisores 28 == 6

nDivisores :: Integer -> Int

nDivisores = product . map ((+1) . length) . group . primeFactors

Pensamiento

«La Matemática es una ciencia experimental y la computación es el experimento.» ~ Rivin

Números triangulares

PorJosé A. Alonso 25-noviembre-201925-marzo-2022

La sucesión de los números triangulares se obtiene sumando los números naturales.

   *     *      *        *         *   
        * *    * *      * *       * *  
              * * *    * * *     * * * 
                      * * * *   * * * *
                               * * * * * 
   1     3      6        10        15

* * * * *

* * * * * * * *

* * * * * * * * *

* * * * * * * *

* * * * *

1 3 6 10 15

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

1 = 1

3 = 1+2

6 = 1+2+3

10 = 1+2+3+4

15 = 1+2+3+4+5

Definir la función

   triangulares :: [Integer]

1	triangulares :: [Integer]

tal que triangulares es la lista de los números triangulares. Por ejemplo,

   take 10 triangulares  ==  [1,3,6,10,15,21,28,36,45,55]
   maximum (take (5*10^6) triangulares4)  ==  12500002500000

1 2	take 10 triangulares == [1,3,6,10,15,21,28,36,45,55] maximum (take (5*10^6) triangulares4) == 12500002500000

Comprobar con QuickCheck que entre dos números triangulares consecutivos siempre hay un número primo.

Soluciones

import Test.QuickCheck (Property, (==>), quickCheck)
import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución
-- ===========

triangulares :: [Integer]
triangulares = [sum [1..n] | n <- [1..]]

-- 2ª solución
-- ===========

triangulares2 :: [Integer]
triangulares2 = map triangular [1..]

-- (triangular n) es el n-ésimo número triangular. Por ejemplo, 
--    triangular 5  ==  15
triangular :: Integer -> Integer
triangular 1 = 1
triangular n = n + triangular (n-1)

-- 3ª solución
-- ===========

triangulares3 :: [Integer]
triangulares3 = 1 : [x+y | (x,y) <- zip [2..] triangulares]

-- 4ª solución
-- ===========

triangulares4 :: [Integer]
triangulares4 = scanl1 (+) [1..]

-- 5ª solución
-- ===========

triangulares5 :: [Integer]
triangulares5 = [(n*(n+1)) `div` 2 | n <- [1..]]

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

--    λ> maximum (take (10^4) triangulares)
--    50005000
--    (2.10 secs, 8,057,774,104 bytes)
--    λ> maximum (take (10^4) triangulares2)
--    50005000
--    (18.89 secs, 12,142,690,784 bytes)
--    λ> maximum (take (10^4) triangulares3)
--    50005000
--    (0.01 secs, 4,600,976 bytes)
--    λ> maximum (take (10^4) triangulares4)
--    50005000
--    (0.01 secs, 3,643,192 bytes)
--    λ> maximum (take (10^4) triangulares5)
--    50005000
--    (0.02 secs, 5,161,464 bytes)
--    
--    λ> maximum (take (3*10^4) triangulares3)
--    450015000
--    (26.06 secs, 72,546,027,136 bytes)
--    λ> maximum (take (3*10^4) triangulares4)
--    450015000
--    (0.02 secs, 10,711,600 bytes)
--    λ> maximum (take (3*10^4) triangulares5)
--    450015000
--    (0.03 secs, 15,272,320 bytes)
--    
--    λ> maximum (take (5*10^6) triangulares4)
--    12500002500000
--    (1.67 secs, 1,772,410,336 bytes)
--    λ> maximum (take (5*10^6) triangulares5)
--    12500002500000
--    (4.09 secs, 2,532,407,720 bytes)

-- La propiedad es
prop_triangulares :: Int -> Property
prop_triangulares n =
  n >= 0 ==> siguientePrimo x < y
  where (x:y:_) = drop n triangulares4

-- (siguientePrimo n) es el menor primo mayor o igual que n. Por
-- ejemplo, 
--    siguientePrimo 14  ==  17
--    siguientePrimo 17  ==  17
siguientePrimo :: Integer -> Integer
siguientePrimo n = head (dropWhile (< n) primes)

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

import Test.QuickCheck (Property, (==>), quickCheck)

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución

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

triangulares :: [Integer]

triangulares = [sum [1..n] | n <- [1..]]

-- 2ª solución

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

triangulares2 :: [Integer]

triangulares2 = map triangular [1..]

-- (triangular n) es el n-ésimo número triangular. Por ejemplo,

-- triangular 5 == 15

triangular :: Integer -> Integer

triangular 1 = 1

triangular n = n + triangular (n-1)

-- 3ª solución

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

triangulares3 :: [Integer]

triangulares3 = 1 : [x+y | (x,y) <- zip [2..] triangulares]

-- 4ª solución

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

triangulares4 :: [Integer]

triangulares4 = scanl1 (+) [1..]

-- 5ª solución

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

triangulares5 :: [Integer]

triangulares5 = [(n*(n+1)) `div` 2 | n <- [1..]]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> maximum (take (10^4) triangulares)

-- 50005000

-- (2.10 secs, 8,057,774,104 bytes)

-- λ> maximum (take (10^4) triangulares2)

-- 50005000

-- (18.89 secs, 12,142,690,784 bytes)

-- λ> maximum (take (10^4) triangulares3)

-- 50005000

-- (0.01 secs, 4,600,976 bytes)

-- λ> maximum (take (10^4) triangulares4)

-- 50005000

-- (0.01 secs, 3,643,192 bytes)

-- λ> maximum (take (10^4) triangulares5)

-- 50005000

-- (0.02 secs, 5,161,464 bytes)

-- λ> maximum (take (3*10^4) triangulares3)

-- 450015000

-- (26.06 secs, 72,546,027,136 bytes)

-- λ> maximum (take (3*10^4) triangulares4)

-- 450015000

-- (0.02 secs, 10,711,600 bytes)

-- λ> maximum (take (3*10^4) triangulares5)

-- 450015000

-- (0.03 secs, 15,272,320 bytes)

-- λ> maximum (take (5*10^6) triangulares4)

-- 12500002500000

-- (1.67 secs, 1,772,410,336 bytes)

-- λ> maximum (take (5*10^6) triangulares5)

-- 12500002500000

-- (4.09 secs, 2,532,407,720 bytes)

-- La propiedad es

prop_triangulares :: Int -> Property

prop_triangulares n =

n >= 0 ==> siguientePrimo x < y

where (x:y:_) = drop n triangulares4

-- (siguientePrimo n) es el menor primo mayor o igual que n. Por

-- ejemplo,

-- siguientePrimo 14 == 17

-- siguientePrimo 17 == 17

siguientePrimo :: Integer -> Integer

siguientePrimo n = head (dropWhile (< n) primes)

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_triangulares

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Autores, la escena acaba
con un dogma de teatro:
En el principio era la máscara.

Antonio Machado

Operaciones con series de potencias

PorJosé A. Alonso 26-abril-201925-marzo-2022

Una serie de potencias es una serie de la forma

   a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

1	a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

Las series de potencias se pueden representar mediante listas infinitas. Por ejemplo, la serie de la función exponencial es

   e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

1	e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

y se puede representar por [1, 1, 1/2, 1/6, 1/24, 1/120, …]

Las operaciones con series se pueden ver como una generalización de las de los polinomios.

En lo que sigue, usaremos el tipo (Serie a) para representar las series de potencias con coeficientes en a y su definición es

   type Serie a = [a]

1	type Serie a = [a]

Definir las siguientes funciones

   opuesta      :: Num a => Serie a -> Serie a
   suma         :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   resta        :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   producto     :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   cociente     :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   derivada     :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   integral     :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   expx         :: Serie Rational

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

expx :: Serie Rational

tales que

(opuesta xs) es la opuesta de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (opuesta [-6,-4..])
     [6,4,2,0,-2,-4,-6]

1 2	λ> take 7 (opuesta [-6,-4..]) [6,4,2,0,-2,-4,-6]

(suma xs ys) es la suma de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..])
     [3,7,11,15,19,23,27]

1 2	λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..]) [3,7,11,15,19,23,27]

(resta xs ys) es la resta de las series xs es ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])
     [1,1,1,1,1,1,1]
     λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])
     [2,4,6,8,10,12,14]

λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])

[1,1,1,1,1,1,1]

λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])

[2,4,6,8,10,12,14]

(producto xs ys) es el producto de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..])
     [6,22,52,100,170,266,392]

1 2	λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..]) [6,22,52,100,170,266,392]

(cociente xs ys) es el cociente de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..])
     [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..]) [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

(derivada xs) es la derivada de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (derivada [2,4..])
     [4,12,24,40,60,84,112]

1 2	λ> take 7 (derivada [2,4..]) [4,12,24,40,60,84,112]

(integral xs) es la integral de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0))
     [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0)) [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

expx es la serie de la función exponencial. Por ejemplo,

     λ> take 8 expx
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (derivada expx)
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (integral expx)
     [0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 expx

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (derivada expx)

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (integral expx)

[0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

Soluciones

type Serie a = [a] 

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a
opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
producto (x:xs) zs@(y:ys) = 
    x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
cociente (x:xs) (y:ys) = zs 
    where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))  

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational
expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo, 
--    take 7 factoriales  ==  [1,1,2,6,24,120,720]
factoriales :: [Integer]
factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

type Serie a = [a]

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto (x:xs) zs@(y:ys) =

x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente (x:xs) (y:ys) = zs

where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational

expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

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

-- take 7 factoriales == [1,1,2,6,24,120,720]

factoriales :: [Integer]

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

Pensamiento

Ni mármol duro y eterno,
ni música ni pintura,
sino palabra en el tiempo.

Antonio Machado

Suma de segmentos iniciales

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

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

Definir la función

   sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

1	sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

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

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

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

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

   sumaSegmentosIniciales (genericReplicate n 1)

1	sumaSegmentosIniciales (genericReplicate n 1)

es igual a

   n * (n + 1) `div` 2

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

Soluciones

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

-- 1ª solución
-- ===========

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

-- 2ª solución
-- ===========

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

-- 3ª solución
-- ===========

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

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

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

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

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

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

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

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

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

import Data.List (genericLength, genericReplicate)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales xs =

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

-- 2ª solución

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

sumaSegmentosIniciales2 :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales2 xs =

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

where n = genericLength xs

-- 3ª solución

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

sumaSegmentosIniciales3 :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales3 xs =

sum (scanl1 (+) xs)

-- Comprobación de la equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_sumaSegmentosInicialesEquiv :: [Integer] -> Bool

prop_sumaSegmentosInicialesEquiv xs =

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

, sumaSegmentosIniciales3]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumaSegmentosInicialesEquiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

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

-- 166716670000

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

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

-- 166716670000

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

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

-- 4500004500001000000

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

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

-- 4500004500001000000

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

-- Comprobación de la propiedad

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

-- La propiedad es

prop_sumaSegmentosIniciales :: Positive Integer -> Bool

prop_sumaSegmentosIniciales (Positive n) =

sumaSegmentosIniciales3 (genericReplicate n 1) ==

n * (n + 1) `div` 2

-- La compronación es

-- λ> quickCheck prop_sumaSegmentosIniciales

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

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

Antonio Machado

Cálculo de pi mediante la serie de Nilakantha

PorJosé A. Alonso 13-febrero-201925-marzo-2022

Una serie infinita para el cálculo de pi, publicada por Nilakantha en el siglo XV, es

Definir las funciones

   aproximacionPi :: Int -> Double
   tabla          :: FilePath -> [Int] -> IO ()

1 2	aproximacionPi :: Int -> Double tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tales que

(aproximacionPi n) es la n-ésima aproximación de pi obtenido sumando los n primeros términos de la serie de Nilakantha. Por ejemplo,

     aproximacionPi 0        ==  3.0
     aproximacionPi 1        ==  3.1666666666666665
     aproximacionPi 2        ==  3.1333333333333333
     aproximacionPi 3        ==  3.145238095238095
     aproximacionPi 4        ==  3.1396825396825396
     aproximacionPi 5        ==  3.1427128427128426
     aproximacionPi 10       ==  3.1414067184965018
     aproximacionPi 100      ==  3.1415924109719824
     aproximacionPi 1000     ==  3.141592653340544
     aproximacionPi 10000    ==  3.141592653589538
     aproximacionPi 100000   ==  3.1415926535897865
     aproximacionPi 1000000  ==  3.141592653589787
     pi                      ==  3.141592653589793

aproximacionPi 0 == 3.0

aproximacionPi 1 == 3.1666666666666665

aproximacionPi 2 == 3.1333333333333333

aproximacionPi 3 == 3.145238095238095

aproximacionPi 4 == 3.1396825396825396

aproximacionPi 5 == 3.1427128427128426

aproximacionPi 10 == 3.1414067184965018

aproximacionPi 100 == 3.1415924109719824

aproximacionPi 1000 == 3.141592653340544

aproximacionPi 10000 == 3.141592653589538

aproximacionPi 100000 == 3.1415926535897865

aproximacionPi 1000000 == 3.141592653589787

pi == 3.141592653589793

(tabla f ns) escribe en el fichero f las n-ésimas aproximaciones de pi, donde n toma los valores de la lista ns, junto con sus errores. Por ejemplo, al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|   10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |
|   20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |
|   30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |
|   40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |
|   50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |
|   60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |
|   70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |
|   80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |
|   90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |
|  100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |
+------+----------------+----------------+

+------+----------------+----------------+

| n | Aproximación | Error |

+------+----------------+----------------+

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |

| 20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |

| 30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |

| 40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |

| 50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |

| 60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |

| 70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |

| 80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |

| 90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |

| 100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |

+------+----------------+----------------+

al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|  500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |
| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |
| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |
| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |
| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |
| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |
| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |
| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |
| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |
| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |
+------+----------------+----------------+

+------+----------------+----------------+

| n | Aproximación | Error |

+------+----------------+----------------+

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |

| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |

| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |

| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |

| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |

| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |

| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |

| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |

| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |

| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |

+------+----------------+----------------+

Soluciones

import Text.Printf

-- 1ª solución
-- ===========

aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]
serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]
terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores
  where numeradores   = 3 : cycle [4,-4]
        denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

-- 2ª solución
-- ===========

aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 = aux 3 2 1
  where aux x _ _ 0 = x
        aux x y z m =
          aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)

-- 3ª solución
-- ===========

aproximacionPi3 :: Int -> Double
aproximacionPi3 x =
  3 + sum [(((-1)**(n+1))*4)/(2*n*(2*n+1)*(2*n+2))
          | n <- [1..fromIntegral x]]


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

--    λ> aproximacionPi (10^6)
--    3.141592653589787
--    (1.35 secs, 729,373,160 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (10^6)
--    3.141592653589787
--    (2.96 secs, 2,161,766,096 bytes)
--    λ> aproximacionPi3 (10^6)
--    3.1415926535897913
--    (2.02 secs, 1,121,372,536 bytes)

-- Definicioń de tabla
-- ===================

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()
tabla f ns = writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String
tablaAux ns =
     linea
  ++ cabecera
  ++ linea
  ++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e
            | n <- ns
            , let a = aproximacionPi n
            , let e = abs (pi - a)]
  ++ linea

linea :: String
linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String
cabecera = "| n    | Aproximación   | Error          |\n"

import Text.Printf

-- 1ª solución

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

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]

serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]

terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores

where numeradores = 3 : cycle [4,-4]

denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

-- 2ª solución

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

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 = aux 3 2 1

where aux x _ _ 0 = x

aux x y z m =

aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)

-- 3ª solución

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

aproximacionPi3 :: Int -> Double

aproximacionPi3 x =

3 + sum [(((-1)**(n+1))*4)/(2*n*(2*n+1)*(2*n+2))

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

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> aproximacionPi (10^6)

-- 3.141592653589787

-- (1.35 secs, 729,373,160 bytes)

-- λ> aproximacionPi2 (10^6)

-- 3.141592653589787

-- (2.96 secs, 2,161,766,096 bytes)

-- λ> aproximacionPi3 (10^6)

-- 3.1415926535897913

-- (2.02 secs, 1,121,372,536 bytes)

-- Definicioń de tabla

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

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tabla f ns = writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String

tablaAux ns =

linea

++ cabecera

++ linea

++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e

| n <- ns

, let a = aproximacionPi n

, let e = abs (pi - a)]

++ linea

linea :: String

linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String

cabecera = "| n | Aproximación | Error |\n"

Pensamiento

Bueno es saber que los vasos
nos sirven para beber;
lo malo es que no sabemos
para que sirve la sed.

Antonio Machado

Mayor prefijo con suma acotada

PorJosé A. Alonso 11-enero-201918-enero-2019

Definir la función

   mayorPrefijoAcotado :: [Int] -> Int -> [Int]

1	mayorPrefijoAcotado :: [Int] -> Int -> [Int]

tal que (mayorPrefijoAcotado xs y) es el mayor prefijo de la lista de los números enteros positivos xs cuya suma es menor o igual que y. Por ejemplo,

   mayorPrefijoAcotado [45,30,55,20,80,20] 75   ==  [45,30]
   mayorPrefijoAcotado [45,30,55,20,80,20] 140  ==  [45,30,55]
   mayorPrefijoAcotado [45,30,55,20,80,20] 180  ==  [45,30,55,20]
   length (mayorPrefijoAcotado (repeat 1) (8*10^6)) == 8000000

mayorPrefijoAcotado [45,30,55,20,80,20] 75 == [45,30]

mayorPrefijoAcotado [45,30,55,20,80,20] 140 == [45,30,55]

mayorPrefijoAcotado [45,30,55,20,80,20] 180 == [45,30,55,20]

length (mayorPrefijoAcotado (repeat 1) (8*10^6)) == 8000000

Soluciones

import Data.List (inits)

-- 1ª solución
-- ===========

mayorPrefijoAcotado :: [Int] -> Int -> [Int]
mayorPrefijoAcotado [] _     = []
mayorPrefijoAcotado (x:xs) y
  | x > y     = []
  | otherwise = x : mayorPrefijoAcotado xs (y-x)

-- 2ª solución
-- ===========

mayorPrefijoAcotado2 :: [Int] -> Int -> [Int]
mayorPrefijoAcotado2 xs y =
  take (longitudMayorPrefijoAcotado2 xs y) xs

longitudMayorPrefijoAcotado2 :: [Int] -> Int -> Int
longitudMayorPrefijoAcotado2 xs y =
  length (takeWhile (<=y) (map sum (inits xs))) - 1

-- 3ª solución
-- ===========

mayorPrefijoAcotado3 :: [Int] -> Int -> [Int]
mayorPrefijoAcotado3 xs y =
  take (longitudMayorPrefijoAcotado3 xs y) xs

longitudMayorPrefijoAcotado3 :: [Int] -> Int -> Int
longitudMayorPrefijoAcotado3 xs y =
  length (takeWhile (<= y) (scanl1 (+) xs))

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

-- La propiedad es
prop_equiv :: [Int] -> Int -> Bool
prop_equiv xs y =
  mayorPrefijoAcotado xs' y' == mayorPrefijoAcotado2 xs' y' &&
  mayorPrefijoAcotado xs' y' == mayorPrefijoAcotado3 xs' y' 
  where xs' = map abs xs
        y'  = abs y

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_equiv
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    (0.01 secs, 2,463,688 bytes)

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

--    λ> length (mayorPrefijoAcotado (repeat 1) (2*10^4))
--    20000
--    (0.04 secs, 5,086,544 bytes)
--    λ> length (mayorPrefijoAcotado2 (repeat 1) (2*10^4))
--    20000
--    (11.22 secs, 27,083,980,168 bytes)
--    λ> length (mayorPrefijoAcotado3 (repeat 1) (2*10^4))
--    20000
--    (0.02 secs, 4,768,992 bytes)
--    
--    λ> length (mayorPrefijoAcotado (repeat 1) (8*10^6))
--    8000000
--    (3.19 secs, 1,984,129,832 bytes)
--    λ> length (mayorPrefijoAcotado3 (repeat 1) (8*10^6))
--    8000000
--    (1.02 secs, 1,856,130,936 bytes)