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Etiqueta: sequence

Suma de divisores

José A. Alonso, ,

Definir la función

   sumaDivisores :: Integer -> Integer

tal que (sumaDivisores x) es la suma de los divisores de x. Por ejemplo,

   sumaDivisores 12  ==  28
   sumaDivisores 25  ==  31
   sumaDivisores (product [1..25])  ==  93383273455325195473152000
   length (show (sumaDivisores (product [1..30000])))  ==  121289
   maximum (map sumaDivisores [1..10^5])  ==  403200

Soluciones

import Data.List (genericLength, group, inits)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Test.QuickCheck
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
sumaDivisores1 :: Integer -> Integer
sumaDivisores1 = sum . divisores
 
-- (divisores x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores 60  ==  [1,5,3,15,2,10,6,30,4,20,12,60]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores = map (product . concat)
          . productoCartesiano
          . map inits
          . group
          . primeFactors
 
-- (productoCartesiano xss) es el producto cartesiano de los conjuntos
-- xss. Por ejemplo,
--    λ> producto [[1,3],[2,5],[6,4]]
--    [[1,2,6],[1,2,4],[1,5,6],[1,5,4],[3,2,6],[3,2,4],[3,5,6],[3,5,4]]
productoCartesiano :: [[a]] -> [[a]]
productoCartesiano []       = [[]]
productoCartesiano (xs:xss) =
  [x:ys | x <- xs, ys <- productoCartesiano xss]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
sumaDivisores2 :: Integer -> Integer
sumaDivisores2 = sum
               . map (product . concat)
               . sequence
               . map inits
               . group
               . primeFactors
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
-- Si la descomposición de x en factores primos es
--    x = p(1)^e(1) . p(2)^e(2) . .... . p(n)^e(n)
-- entonces la suma de los divisores de x es
--    p(1)^(e(1)+1) - 1     p(2)^(e(2)+1) - 1       p(n)^(e(2)+1) - 1
--   ------------------- . ------------------- ... -------------------
--        p(1)-1                p(2)-1                  p(n)-1
-- Ver la demostración en http://bit.ly/2zUXZPc
 
sumaDivisores3 :: Integer -> Integer
sumaDivisores3 x =
  product [(p^(e+1)-1) `div` (p-1) | (p,e) <- factorizacion x]
 
-- (factorizacion x) es la lista de las bases y exponentes de la
-- descomposición prima de x. Por ejemplo,
--    factorizacion 600  ==  [(2,3),(3,1),(5,2)]
factorizacion :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacion = map primeroYlongitud . group . primeFactors
 
-- (primeroYlongitud xs) es el par formado por el primer elemento de xs
-- y la longitud de xs. Por ejemplo,
--    primeroYlongitud [3,2,5,7] == (3,4)
primeroYlongitud :: [a] -> (a,Integer)
primeroYlongitud (x:xs) =
  (x, 1 + genericLength xs)
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_sumaDivisores :: Positive Integer -> Bool
prop_sumaDivisores (Positive x) =
  all (== sumaDivisores1 x)
      [ sumaDivisores2 x
      , sumaDivisores3 x
      ]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumaDivisores
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--   λ> sumaDivisores1 251888923423315469521109880000000
--   1471072204661054993275791673480320
--   (10.63 secs, 10,614,618,080 bytes)
--   λ> sumaDivisores2 251888923423315469521109880000000
--   1471072204661054993275791673480320
--   (2.51 secs, 5,719,399,056 bytes)
--   λ> sumaDivisores3 251888923423315469521109880000000
--   1471072204661054993275791673480320
--   (0.01 secs, 177,480 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

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Número de divisores

José A. Alonso, ,

Definir la función

   numeroDivisores :: Integer -> Integer

tal que (numeroDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

   numeroDivisores 12  ==  6
   numeroDivisores 25  ==  3
   length (show (numeroDivisores (product [1..3*10^4])))  ==  1948

Soluciones

import Data.List (genericLength, group, inits)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Test.QuickCheck
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
numeroDivisores1 :: Integer -> Integer
numeroDivisores1 x =
  genericLength [y | y <- [1..x], x `mod` y == 0]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
numeroDivisores2 :: Integer -> Integer
numeroDivisores2 1 = 1
numeroDivisores2 x
  | esCuadrado x = 2 * genericLength [y | y <- [1..raizEntera x], x `mod` y == 0] - 1
  | otherwise    = 2 * genericLength [y | y <- [1..raizEntera x], x `mod` y == 0]
 
-- (raizEntera x) es el mayor número entero cuyo cuadrado es menor o
-- igual que x. Por ejemplo,
--    raizEntera 3  ==  1
--    raizEntera 4  ==  2
--    raizEntera 5  ==  2
--    raizEntera 8  ==  2
--    raizEntera 9  ==  3
raizEntera :: Integer -> Integer
raizEntera x = floor (sqrt (fromInteger x))
 
-- (esCuadrado x) se verifica si x es un cuadrado perfecto. Por ejemplo,
--    esCuadrado 9  ==  True
--    esCuadrado 7  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x =
  x == (raizEntera x)^2
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
numeroDivisores3 :: Integer -> Integer
numeroDivisores3 =
  genericLength . divisores
 
-- (divisores x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores 12  ==  [1,3,2,6,4,12]
--    divisores 25  ==  [1,5,25]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores = map (product . concat)
          . productoCartesiano
          . map inits
          . group
          . primeFactors
 
-- (productoCartesiano xss) es el producto cartesiano de los conjuntos
-- xss. Por ejemplo,
--    λ> productoCartesiano [[1,3],[2,5],[6,4]]
--    [[1,2,6],[1,2,4],[1,5,6],[1,5,4],[3,2,6],[3,2,4],[3,5,6],[3,5,4]]
productoCartesiano :: [[a]] -> [[a]]
productoCartesiano []       = [[]]
productoCartesiano (xs:xss) =
  [x:ys | x <- xs, ys <- productoCartesiano xss]
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
numeroDivisores4 :: Integer -> Integer
numeroDivisores4 = genericLength
                 . map (product . concat)
                 . sequence
                 . map inits
                 . group
                 . primeFactors
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
numeroDivisores5 :: Integer -> Integer
numeroDivisores5 =
  product . map ((+1) . genericLength) . group . primeFactors
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_numeroDivisores :: Positive Integer -> Bool
prop_numeroDivisores (Positive x) =
  all (== numeroDivisores1 x)
      [ numeroDivisores2 x
      , numeroDivisores3 x
      , numeroDivisores4 x
      , numeroDivisores5 x]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_numeroDivisores
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> numeroDivisores1 (product [1..10])
--    270
--    (1.67 secs, 726,327,208 bytes)
--    λ> numeroDivisores2 (product [1..10])
--    270
--    (0.01 secs, 929,000 bytes)
--
--    λ> numeroDivisores2 (product [1..16])
--    5376
--    (2.10 secs, 915,864,664 bytes)
--    λ> numeroDivisores3 (product [1..16])
--    5376
--    (0.01 secs, 548,472 bytes)
--
--    λ> numeroDivisores3 (product [1..30])
--    2332800
--    (3.80 secs, 4,149,811,688 bytes)
--    λ> numeroDivisores4 (product [1..30])
--    2332800
--    (0.59 secs, 722,253,848 bytes)
--    λ> numeroDivisores5 (product [1..30])
--    2332800
--    (0.00 secs, 587,856 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

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Producto cartesiano de una familia de conjuntos

José A. Alonso, ,

Definir la función

   producto :: [[a]] -> [[a]]

tal que (producto xss) es el producto cartesiano de los conjuntos xss. Por ejemplo,

   λ> producto [[1,3],[2,5]]
   [[1,2],[1,5],[3,2],[3,5]]
   λ> producto [[1,3],[2,5],[6,4]]
   [[1,2,6],[1,2,4],[1,5,6],[1,5,4],[3,2,6],[3,2,4],[3,5,6],[3,5,4]]
   λ> producto [[1,3,5],[2,4]]
   [[1,2],[1,4],[3,2],[3,4],[5,2],[5,4]]
   λ> producto []
   [[]]

Comprobar con QuickCheck que para toda lista de listas de números enteros, xss, se verifica que el número de elementos de (producto xss) es igual al producto de los números de elementos de cada una de las listas de xss.

Soluciones

module Producto_cartesiano where
 
import Test.QuickCheck (quickCheck)
import Control.Monad (liftM2)
import Control.Applicative (liftA2)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
producto1 :: [[a]] -> [[a]]
producto1 []       = [[]]
producto1 (xs:xss) = [x:ys | x <- xs, ys <- producto1 xss]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
producto2 :: [[a]] -> [[a]]
producto2 []       = [[]]
producto2 (xs:xss) = [x:ys | x <- xs, ys <- ps]
  where ps = producto2 xss
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
producto3 :: [[a]] -> [[a]]
producto3 []       = [[]]
producto3 (xs:xss) = inserta3 xs (producto3 xss)
 
-- (inserta xs xss) inserta cada elemento de xs en los elementos de
-- xss. Por ejemplo,
--    λ> inserta [1,2] [[3,4],[5,6]]
--    [[1,3,4],[1,5,6],[2,3,4],[2,5,6]]
inserta3 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta3 [] _       = []
inserta3 (x:xs) yss = [x:ys | ys <- yss] ++ inserta3 xs yss
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
producto4 :: [[a]] -> [[a]]
producto4 = foldr inserta4 [[]]
 
inserta4 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta4 []     _   = []
inserta4 (x:xs) yss = map (x:) yss ++ inserta4 xs yss
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
producto5 :: [[a]] -> [[a]]
producto5 = foldr inserta5 [[]]
 
inserta5 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta5 xs yss = [x:ys | x <- xs, ys <- yss]
 
-- 6ª solución
-- ===========
 
producto6 :: [[a]] -> [[a]]
producto6 = foldr inserta6 [[]]
 
inserta6 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta6 xs yss = concatMap (\x -> map (x:) yss) xs
 
-- 7ª solución
-- ===========
 
producto7 :: [[a]] -> [[a]]
producto7 = foldr inserta7 [[]]
 
inserta7 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta7 xs yss = xs >>= (\x -> map (x:) yss)
 
-- 8ª solución
-- ===========
 
producto8 :: [[a]] -> [[a]]
producto8 = foldr inserta8 [[]]
 
inserta8 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta8 xs yss = (:) <$> xs <*> yss
 
-- 9ª solución
-- ===========
 
producto9 :: [[a]] -> [[a]]
producto9 = foldr inserta9 [[]]
 
inserta9 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta9 = liftA2 (:)
 
-- 10ª solución
-- ============
 
producto10 :: [[a]] -> [[a]]
producto10 = foldr (liftM2 (:)) [[]]
 
-- 11ª solución
-- ============
 
producto11 :: [[a]] -> [[a]]
producto11 = sequence
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_producto :: [[Int]] -> Bool
prop_producto xss =
  all (== producto1 xss)
      [ producto2 xss
      , producto3 xss
      , producto4 xss
      , producto5 xss
      , producto6 xss
      , producto7 xss
      , producto8 xss
      , producto9 xss
      , producto10 xss
      , producto11 xss
      ]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize = 9}) prop_producto
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> length (producto1 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (10.51 secs, 10,169,418,496 bytes)
--    λ> length (producto2 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (2.14 secs, 1,333,870,712 bytes)
--    λ> length (producto3 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (3.33 secs, 1,956,102,056 bytes)
--    λ> length (producto4 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (0.98 secs, 1,600,542,752 bytes)
--    λ> length (producto5 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (2.10 secs, 1,333,870,288 bytes)
--    λ> length (producto6 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (1.17 secs, 1,600,534,632 bytes)
--    λ> length (producto7 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (0.35 secs, 1,600,534,352 bytes)
--    λ> length (producto8 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (0.87 secs, 978,317,848 bytes)
--    λ> length (producto9 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (1.38 secs, 1,067,201,016 bytes)
--    λ> length (producto10 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (0.54 secs, 2,311,645,392 bytes)
--    λ> length (producto11 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (1.32 secs, 1,067,200,992 bytes)
--
--    λ> length (producto7 (replicate 7 [1..14]))
--    105413504
--    (3.77 secs, 16,347,739,040 bytes)
--    λ> length (producto10 (replicate 7 [1..14]))
--    105413504
--    (5.11 secs, 23,613,162,016 bytes)
 
-- Comprobación de la propiedad
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_longitud :: [[Int]] -> Bool
prop_longitud xss =
  length (producto7 xss) == product (map length xss)
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize = 7}) prop_longitud
--    +++ OK, passed 100 tests.

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

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Teorema de Liouville sobre listas CuCu

José A. Alonso, ,

Una lista CuCu es una lista de números enteros positivos tales que la suma de sus Cubos es igual al Cuadrado de su suma. Por ejemplo, [1, 2, 3, 2, 4, 6] es una lista CuCu ya que

   1³ + 2³ + 3³ + 2³ + 4³ + 6³ = (1 + 2 + 3 + 2 + 4 + 6)²

La lista de Liouville correspondiente al número entero positivo n es la lista formada por el número de divisores de cada divisor de n. Por ejemplo, para el número 20 se tiene que sus divisores son

   1, 2, 4, 5, 10, 20

puesto que el número de sus divisores es

  • El 1 tiene 1 divisor (el 1 solamente).
  • El 2 tiene 2 divisores (el 1 y el 2).
  • El 4 tiene 3 divisores (el 1, el 2 y el 4).
  • El 5 tiene 2 divisores (el 1 y el 5).
  • El 10 tiene 4 divisores (el 1, el 2, el 5 y el 10).
  • El 20 tiene 6 divisores (el 1, el 2, el 4, el 5, el 10 y el 20).

la lista de Liouville de 20 es [1, 2, 3, 2, 4, 6] que, como se comentó anteriormente, es una lista CuCu.

El teorema de Lioville afirma que todas las lista de Lioville son CuCu.

Definir las funciones

   esCuCu :: [Integer] -> Bool
   liouville :: Integer -> [Integer]

tales que

  • (esCuCu xs) se verifica si la lista xs es CuCu; es decir, la suma de los cubos de sus elementos es igual al cuadrado de su suma. Por ejemplo,
     esCuCu [1,2,3]        ==  True
     esCuCu [1,2,3,2]      ==  False
     esCuCu [1,2,3,2,4,6]  ==  True
  • (liouville n) es la lista de Lioville correspondiente al número n. Por ejemplo, 
     liouville 20  ==  [1,2,3,2,4,6]
     liouville 60  ==  [1,2,2,3,2,4,4,6,4,6,8,12]
     length (liouville (product [1..25]))  ==  340032

Comprobar con QuickCheck

  • que para todo entero positivo n, (liouville (2^n)) es la lista [1,2,3,…,n+1] y
  • el teorema de Lioville; es decir, para todo entero positivo n, (liouville n) es una lista CuCu.

Nota: Este ejercicio está basado en Cómo generar conjuntos CuCu de Gaussianos.

Soluciones

import Data.List (genericLength, group, inits, sort)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Test.QuickCheck
 
esCuCu :: [Integer] -> Bool
esCuCu xs = sum (map (^3) xs) == (sum xs)^2
 
-- 1ª definición de liouville
-- ==========================
 
liouville :: Integer -> [Integer]
liouville n = map numeroDivisores (divisores n)
 
-- (divisores x) es el conjunto de divisores de los x. Por ejemplo, 
--   divisores 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores n = [x | x <- [1..n], n `mod` x == 0]
 
-- (numeroDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo, 
--    numeroDivisores 12  ==  6
--    numeroDivisores 25  ==  3
numeroDivisores :: Integer -> Integer
numeroDivisores n = genericLength (divisores n) 
 
  -- 2ª definición de liouville
-- ============================
 
liouville2 :: Integer -> [Integer]
liouville2 n = map numeroDivisores2 (divisores2 n)
 
-- Se usan las funciones
-- + divisores de "Conjunto de divisores" http://bit.ly/2OtbFIj
-- + numeroDivisores de "Número de divisores" http://bit.ly/2DgVh74
 
-- (divisores2 x) es el conjunto de divisores de los x. Por ejemplo, 
--   divisores2 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores2 :: Integer -> [Integer]
divisores2 = sort
           . map (product . concat)
           . sequence
           . map inits
           . group
           . primeFactors
 
-- (numeroDivisores2 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo, 
--    numeroDivisores2 12  ==  6
--    numeroDivisores2 25  ==  3
numeroDivisores2 :: Integer -> Integer
numeroDivisores2 =
  product . map ((+1) . genericLength) . group . primeFactors
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> length (liouville (product [1..11]))
--    540
--    (13.66 secs, 7,983,550,640 bytes)
--    λ> length (liouville2 (product [1..11]))
--    540
--    (0.01 secs, 1,255,328 bytes)
 
-- Propiedad
-- =========
 
-- La propiedad es
prop_Liouville :: Integer -> Property
prop_Liouville n =
  n > 0 ==> liouville2 (2^n) == [1..n+1]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_Liouville
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Teorema de Liouville
-- ====================
 
-- La propiedad es
teorema_Liouville :: Integer -> Property
teorema_Liouville n =
  n > 0 ==> esCuCu (liouville n)
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck teorema_Liouville
--    +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

¡Oh, tarde viva y quieta
que opuso al panta rhei su nada corre.

Antonio Machado

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