showCReal

Distribución de diferencias de dígitos consecutivos de pi

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

Usando la librería Data.Number.CReal, que se instala con

   cabal install number

1	cabal install number

se pueden calcular el número pi con la precisión que se desee. Por ejemplo,

   λ> import Data.Number.CReal
   λ> showCReal 60 pi
   "3.141592653589793238462643383279502884197169399375105820974945"

λ> import Data.Number.CReal

λ> showCReal 60 pi

"3.141592653589793238462643383279502884197169399375105820974945"

importa la librería y calcula el número pi con 60 decimales.

La distribución de las diferencias de los dígitos consecutivos para los 18 primeros n dígitos de pi se calcula como sigue: los primeros 18 dígitos de pi son

   3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5, 8, 9, 7, 9, 3, 2, 3

1	3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5, 8, 9, 7, 9, 3, 2, 3

Las diferencias de sus elementos consecutivos es

   2, -3, 3, -4, -4, 7, -4, 1, 2, -2, -3, -1, 2, -2, 6, 1, -1

1	2, -3, 3, -4, -4, 7, -4, 1, 2, -2, -3, -1, 2, -2, 6, 1, -1

y la distribución de sus frecuencias en el intervalo [-9,9] es

   0, 0, 0, 0, 0, 3, 2, 2, 2, 0, 2, 3, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0

1	0, 0, 0, 0, 0, 3, 2, 2, 2, 0, 2, 3, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0

es decir, el desde el -9 a -5 no aparecen, el -4 aparece 3 veces, el -2 aparece 2 veces y así sucesivamente.

Definir las funciones

   distribucionDDCpi :: Int -> [Int]
   graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()

1 2	distribucionDDCpi :: Int -> [Int] graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()

tales que

(distribucionDDCpi n) es la distribución de las diferencias de los dígitos consecutivos para los primeros n dígitos de pi. Por ejemplo,

     λ> distribucionDDCpi 18
     [0,0,0,0,0,3,2,2,2,0,2,3,1,0,0,1,1,0,0]
     λ> distribucionDDCpi 100
     [1,2,1,7,7,7,6,5,8,6,7,14,4,9,3,6,4,1,0]
     λ> distribucionDDCpi 200
     [3,6,2,13,14,12,11,12,15,17,15,19,11,17,8,13,9,2,0]
     λ> distribucionDDCpi 1000
     [16,25,23,44,57,61,55,75,92,98,80,88,64,65,42,54,39,14,8]
     λ> distribucionDDCpi 5000
     [67,99,130,196,245,314,361,391,453,468,447,407,377,304,242,221,134,97,47]

λ> distribucionDDCpi 18

[0,0,0,0,0,3,2,2,2,0,2,3,1,0,0,1,1,0,0]

λ> distribucionDDCpi 100

[1,2,1,7,7,7,6,5,8,6,7,14,4,9,3,6,4,1,0]

λ> distribucionDDCpi 200

[3,6,2,13,14,12,11,12,15,17,15,19,11,17,8,13,9,2,0]

λ> distribucionDDCpi 1000

[16,25,23,44,57,61,55,75,92,98,80,88,64,65,42,54,39,14,8]

λ> distribucionDDCpi 5000

[67,99,130,196,245,314,361,391,453,468,447,407,377,304,242,221,134,97,47]

(graficas ns f) dibuja en el fichero f las gráficas de las distribuciones de las diferencias de los dígitos consecutivos para los primeros n dígitos de pi, para n en ns. Por ejemplo, al evaluar (graficas [100,250..4000] «distribucionDDCpi.png» se escribe en el fichero «distribucionDDCpi.png» la siguiente gráfica

Soluciones

import Data.Number.CReal
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Data.Array

--    λ> digitosPi 18
--    [3,1,4,1,5,9,2,6,5,3,5,8,9,7,9,3,2,3]
digitosPi :: Int -> [Int]
digitosPi n = init [read [c] | c <- (x:xs)]
  where (x:_:xs) = showCReal n pi

--    λ> diferenciasConsecutivos (digitosPi 18)
--    [2,-3,3,-4,-4,7,-4,1,2,-2,-3,-1,2,-2,6,1,-1]
diferenciasConsecutivos :: Num a => [a] -> [a]
diferenciasConsecutivos xs =
  zipWith (-) xs (tail xs)

distribucionDDCpi :: Int -> [Int]
distribucionDDCpi =
  distribucion . diferenciasConsecutivos . digitosPi
  where distribucion xs =
          elems (accumArray (+) 0 (-9,9) (zip xs (repeat 1)))

graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()
graficas ns f = 
  plotLists [Key Nothing, PNG f]
            [puntos n | n <- ns]
  where puntos :: Int -> [(Int,Int)]
        puntos n = zip [-9..9] (distribucionDDCpi n)

import Data.Number.CReal

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Data.Array

-- λ> digitosPi 18

-- [3,1,4,1,5,9,2,6,5,3,5,8,9,7,9,3,2,3]

digitosPi :: Int -> [Int]

digitosPi n = init [read [c] | c <- (x:xs)]

where (x:_:xs) = showCReal n pi

-- λ> diferenciasConsecutivos (digitosPi 18)

-- [2,-3,3,-4,-4,7,-4,1,2,-2,-3,-1,2,-2,6,1,-1]

diferenciasConsecutivos :: Num a => [a] -> [a]

diferenciasConsecutivos xs =

zipWith (-) xs (tail xs)

distribucionDDCpi :: Int -> [Int]

distribucionDDCpi =

distribucion . diferenciasConsecutivos . digitosPi

where distribucion xs =

elems (accumArray (+) 0 (-9,9) (zip xs (repeat 1)))

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

graficas ns f =

plotLists [Key Nothing, PNG f]

[puntos n | n <- ns]

where puntos :: Int -> [(Int,Int)]

puntos n = zip [-9..9] (distribucionDDCpi n)

Pensamiento

Doy consejo, a fuer de viejo:
nunca sigas mi consejo.

Antonio Machado

Distribución de diferencias de dígitos consecutivos de pi

PorJosé A. Alonso 14-marzo-201725-abril-2021

La distribución de las diferencias de los dígitos consecutivos para los 18 primeros dígitos de pi se calcula como sigue: los primeros 18 dígitos de pi son

   3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5, 8, 9, 7, 9, 3, 2, 3

1	3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5, 8, 9, 7, 9, 3, 2, 3

Las diferencias de sus elementos consecutivos es

   2, -3, 3, -4, -4, 7, -4, 1, 2, -2, -3, -1, 2, -2, 6, 1, -1

1	2, -3, 3, -4, -4, 7, -4, 1, 2, -2, -3, -1, 2, -2, 6, 1, -1

y la distribución de sus frecuencias en el intervalo [-9,9] es

   0, 0, 0, 0, 0, 3, 2, 2, 2, 0, 2, 3, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0

1	0, 0, 0, 0, 0, 3, 2, 2, 2, 0, 2, 3, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0

es decir, el desde el -9 a -5 no aparecen, el -4 aparece 3 veces, el -2 aparece 2 veces y así sucesivamente.

Definir las funciones

   distribucionDDCpi :: Int -> [Int]
   graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()

1 2	distribucionDDCpi :: Int -> [Int] graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()

tales que

(distribucionDDCpi n) es la distribución de las diferencias de los dígitos consecutivos para los primeros n dígitos de pi. Por ejemplo,

   λ> distribucionDDCpi 18
   [0,0,0,0,0,3,2,2,2,0,2,3,1,0,0,1,1,0,0]
   λ> distribucionDDCpi 100
   [1,2,1,7,7,7,6,5,8,6,7,14,4,9,3,6,4,1,0]
   λ> distribucionDDCpi 200
   [3,6,2,13,14,12,11,12,15,17,15,19,11,17,8,13,9,2,0]
   λ> distribucionDDCpi 1000
   [16,25,23,44,57,61,55,75,92,98,80,88,64,65,42,54,39,14,8]
   λ> distribucionDDCpi 5000
   [67,99,130,196,245,314,361,391,453,468,447,407,377,304,242,221,134,97,47]

λ> distribucionDDCpi 18

[0,0,0,0,0,3,2,2,2,0,2,3,1,0,0,1,1,0,0]

λ> distribucionDDCpi 100

[1,2,1,7,7,7,6,5,8,6,7,14,4,9,3,6,4,1,0]

λ> distribucionDDCpi 200

[3,6,2,13,14,12,11,12,15,17,15,19,11,17,8,13,9,2,0]

λ> distribucionDDCpi 1000

[16,25,23,44,57,61,55,75,92,98,80,88,64,65,42,54,39,14,8]

λ> distribucionDDCpi 5000

[67,99,130,196,245,314,361,391,453,468,447,407,377,304,242,221,134,97,47]

(graficas ns f) dibuja en el fichero f las gráficas de las distribuciones de las diferencias de los dígitos consecutivos para los primeros n dígitos de pi, para n en ns. Por ejemplo, al evaluar (graficas [100,250..4000] «distribucionDDCpi.png» se escribe en el fichero «distribucionDDCpi.png» la siguiente gráfica

Nota: Se puede usar la librería Data.Number.CReal.

Soluciones

import Data.Number.CReal
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Data.Array

--    λ> digitosPi 18
--    [3,1,4,1,5,9,2,6,5,3,5,8,9,7,9,3,2,3]
digitosPi :: Int -> [Int]
digitosPi n = init [read [c] | c <- (x:xs)]
  where (x:_:xs) = showCReal n pi

--    λ> diferenciasConsecutivos (digitosPi 18)
--    [2,-3,3,-4,-4,7,-4,1,2,-2,-3,-1,2,-2,6,1,-1]
diferenciasConsecutivos :: Num a => [a] -> [a]
diferenciasConsecutivos xs =
  zipWith (-) xs (tail xs)

distribucionDDCpi :: Int -> [Int]
distribucionDDCpi =
  distribucion . diferenciasConsecutivos . digitosPi
  where distribucion xs =
          elems (accumArray (+) 0 (-9,9) (zip xs (repeat 1)))

graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()
graficas ns f = 
  plotLists [Key Nothing, PNG f]
            [puntos n | n <- ns]
  where puntos :: Int -> [(Int,Int)]
        puntos n = zip [-9..9] (distribucionDDCpi n)

import Data.Number.CReal

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Data.Array

-- λ> digitosPi 18

-- [3,1,4,1,5,9,2,6,5,3,5,8,9,7,9,3,2,3]

digitosPi :: Int -> [Int]

digitosPi n = init [read [c] | c <- (x:xs)]

where (x:_:xs) = showCReal n pi

-- λ> diferenciasConsecutivos (digitosPi 18)

-- [2,-3,3,-4,-4,7,-4,1,2,-2,-3,-1,2,-2,6,1,-1]

diferenciasConsecutivos :: Num a => [a] -> [a]

diferenciasConsecutivos xs =

zipWith (-) xs (tail xs)

distribucionDDCpi :: Int -> [Int]

distribucionDDCpi =

distribucion . diferenciasConsecutivos . digitosPi

where distribucion xs =

elems (accumArray (+) 0 (-9,9) (zip xs (repeat 1)))

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

graficas ns f =

plotLists [Key Nothing, PNG f]

[puntos n | n <- ns]

where puntos :: Int -> [(Int,Int)]

puntos n = zip [-9..9] (distribucionDDCpi n)

Precisión de aproximaciones de pi

PorJosé A. Alonso 27-febrero-20176-marzo-2017

La precisión de una aproximación x de pi es el número de dígitos comunes entre el inicio de x y de pi. Por ejemplo, puesto que 355/113 es 3.1415929203539825 y pi es 3.141592653589793, la precisión de 355/113 es 7.

Definir las siguientes funciones

   mayorPrefijoComun :: Eq a => [a] -> [a] -> [a]
   precisionPi       :: Double -> Int
   precisionPiCR     :: CReal -> Int

mayorPrefijoComun :: Eq a => [a] -> [a] -> [a]

precisionPi :: Double -> Int

precisionPiCR :: CReal -> Int

tales que

(mayorPrefijoComun xs ys) es el mayor prefijo común de xs e ys. Por ejemplo,

     mayorPrefijoComun []      [2,3,4,5]  ==  []
     mayorPrefijoComun [2,3,5] []         ==  []
     mayorPrefijoComun [2,3,5] [2,3,4,5]  ==  [2,3]
     mayorPrefijoComun [2,3,5] [2,5,3,4]  ==  [2]
     mayorPrefijoComun [2,3,5] [5,2,3,4]  ==  []

mayorPrefijoComun [] [2,3,4,5] == []

mayorPrefijoComun [2,3,5] [] == []

mayorPrefijoComun [2,3,5] [2,3,4,5] == [2,3]

mayorPrefijoComun [2,3,5] [2,5,3,4] == [2]

mayorPrefijoComun [2,3,5] [5,2,3,4] == []

(precisionPi x) es la precisión de la aproximación de pi x. Por ejemplo,

     precisionPi (25/8)              ==  2
     precisionPi (22/7)              ==  3
     precisionPi (sqrt 2 + sqrt 3)   ==  3
     precisionPi (377/120)           ==  4
     precisionPi (31**(1/3))         ==  4
     precisionPi (7^7/4^9)           ==  5
     precisionPi (355/113)           ==  7
     precisionPi ((2143/22)**(1/4))  ==  9

precisionPi (25/8) == 2

precisionPi (22/7) == 3

precisionPi (sqrt 2 + sqrt 3) == 3

precisionPi (377/120) == 4

precisionPi (31**(1/3)) == 4

precisionPi (7^7/4^9) == 5

precisionPi (355/113) == 7

precisionPi ((2143/22)**(1/4)) == 9

(precisionPiCR x) es la precisión de la aproximación de pi x, como números reales. Por ejemplo,

     precisionPiCR (log (640320^3+744)/(sqrt 163))                        == 31
     precisionPiCR (log (5280^3*(236674+30303*sqrt 61)^3+744)/(sqrt 427)) == 53

1 2	precisionPiCR (log (640320^3+744)/(sqrt 163)) == 31 precisionPiCR (log (5280^3(236674+30303sqrt 61)^3+744)/(sqrt 427)) == 53

Nota: Para la definición precisionPiCR se usa la librería Data.Number.CReal que se instala con

   cabal install numbers

1	cabal install numbers

Soluciones

import Data.Number.CReal

-- mayorPrefijoComún
-- =================

-- 1ª definición
mayorPrefijoComun :: Eq a => [a] -> [a] -> [a]
mayorPrefijoComun [] _ = []
mayorPrefijoComun _ [] = []
mayorPrefijoComun (x:xs) (y:ys)
  | x == y    = x : mayorPrefijoComun xs ys
  | otherwise = []

-- 2ª definición
mayorPrefijoComun2 :: Eq a => [a] -> [a] -> [a]
mayorPrefijoComun2 xs ys =
  [x | (x,y) <- takeWhile (\(x,y) -> x == y) (zip xs ys)] 

-- 3ª definición
mayorPrefijoComun3 :: Eq a => [a] -> [a] -> [a]
mayorPrefijoComun3 xs ys =
  [x | (x,y) <- takeWhile (uncurry (==)) (zip xs ys)] 

-- 4ª definición
mayorPrefijoComun4 :: Eq a => [a] -> [a] -> [a]
mayorPrefijoComun4 xs =
  map fst . takeWhile (uncurry (==)) . zip xs

-- 5ª definición
mayorPrefijoComun5 :: Eq a => [a] -> [a] -> [a]
mayorPrefijoComun5 =
  ((map fst . takeWhile (uncurry (==))) .) . zip

-- precisionPi
-- ===========

-- 1ª definición
precisionPi :: Double -> Int
precisionPi x =
  length (mayorPrefijoComun xs ys) - 1
  where xs = show x
        ys = show pi

-- 2ª definición
precisionPi2 :: Double -> Int
precisionPi2 =
  pred . length . mayorPrefijoComun (show pi) . show

-- precisionPiCR
-- =============

precisionPiCR :: CReal -> Int
precisionPiCR = aux 50
  where aux n x | p < n-1   = p
                | otherwise = aux (n+50) x
          where p = precisionPiCRHasta n x

-- (precisionPiCRHasta n x) es la precisión de pi acotada por n. Por
-- ejemplo,
--    precisionPiCRHasta 1 3.14   ==  2
--    precisionPiCRHasta 5 3.14   ==  3
--    precisionPiCRHasta 5 3.142  ==  3
--    precisionPiCRHasta 5 3.141  ==  4
precisionPiCRHasta :: Int -> CReal -> Int
precisionPiCRHasta n x =
  length (mayorPrefijoComun xs ys) - 1
  where xs = showCReal n x
        ys = showCReal n pi

import Data.Number.CReal

-- mayorPrefijoComún

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

-- 1ª definición

mayorPrefijoComun :: Eq a => [a] -> [a] -> [a]

mayorPrefijoComun [] _ = []

mayorPrefijoComun _ [] = []

mayorPrefijoComun (x:xs) (y:ys)

| x == y = x : mayorPrefijoComun xs ys

| otherwise = []

-- 2ª definición

mayorPrefijoComun2 :: Eq a => [a] -> [a] -> [a]

mayorPrefijoComun2 xs ys =

[x | (x,y) <- takeWhile (\(x,y) -> x == y) (zip xs ys)]

-- 3ª definición

mayorPrefijoComun3 :: Eq a => [a] -> [a] -> [a]

mayorPrefijoComun3 xs ys =

[x | (x,y) <- takeWhile (uncurry (==)) (zip xs ys)]

-- 4ª definición

mayorPrefijoComun4 :: Eq a => [a] -> [a] -> [a]

mayorPrefijoComun4 xs =

map fst . takeWhile (uncurry (==)) . zip xs

-- 5ª definición

mayorPrefijoComun5 :: Eq a => [a] -> [a] -> [a]

mayorPrefijoComun5 =

((map fst . takeWhile (uncurry (==))) .) . zip

-- precisionPi

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

-- 1ª definición

precisionPi :: Double -> Int

precisionPi x =

length (mayorPrefijoComun xs ys) - 1

where xs = show x

ys = show pi

-- 2ª definición

precisionPi2 :: Double -> Int

precisionPi2 =

pred . length . mayorPrefijoComun (show pi) . show

-- precisionPiCR

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

precisionPiCR :: CReal -> Int

precisionPiCR = aux 50

where aux n x | p < n-1 = p

| otherwise = aux (n+50) x

where p = precisionPiCRHasta n x

-- (precisionPiCRHasta n x) es la precisión de pi acotada por n. Por

-- ejemplo,

-- precisionPiCRHasta 1 3.14 == 2

-- precisionPiCRHasta 5 3.14 == 3

-- precisionPiCRHasta 5 3.142 == 3

-- precisionPiCRHasta 5 3.141 == 4

precisionPiCRHasta :: Int -> CReal -> Int

precisionPiCRHasta n x =

length (mayorPrefijoComun xs ys) - 1

where xs = showCReal n x

ys = showCReal n pi

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