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Etiqueta: sort

Conjunto de divisores

José A. Alonso, ,

Definir la función

   divisores :: Integer -> [Integer]

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

  divisores 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
  length (divisores (product [1..10]))  ==  270
  length (divisores (product [1..25]))  ==  340032

Soluciones

import Data.List (group, inits, nub, sort, subsequences)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Test.QuickCheck
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
divisores1 :: Integer -> [Integer]
divisores1 n = [x | x <- [1..n], n `rem` x == 0]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
divisores2 :: Integer -> [Integer]
divisores2 n = filter ((== 0) . mod n) [1..n]
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
divisores3 :: Integer -> [Integer]
divisores3 =
  nub . sort . map product . subsequences . primeFactors
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
divisores4 :: Integer -> [Integer]
divisores4 =
  sort
  . 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]
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
divisores5 :: Integer -> [Integer]
divisores5 = sort
           . map (product . concat)
           . sequence
           . map inits
           . group
           . primeFactors
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_divisores :: Positive Integer -> Bool
prop_divisores (Positive n) =
  all (== divisores1 n)
      [ divisores2 n
      , divisores3 n
      , divisores4 n
      , divisores5 n
      ]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_divisores
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de la eficiencia
-- ============================
 
--    λ> length (divisores (product [1..11]))
--    540
--    (12.51 secs, 7,983,499,736 bytes)
--    λ> length (divisores2 (product [1..11]))
--    540
--    (4.81 secs, 4,790,146,656 bytes)
--    λ> length (divisores3 (product [1..11]))
--    540
--    (0.10 secs, 107,339,848 bytes)
--    λ> length (divisores4 (product [1..11]))
--    540
--    (0.02 secs, 1,702,616 bytes)
--    λ> length (divisores5 (product [1..11]))
--    540
--    (0.02 secs, 1,205,824 bytes)
--
--    λ> length (divisores3 (product [1..14]))
--    2592
--    (7.89 secs, 9,378,454,912 bytes)
--    λ> length (divisores4 (product [1..14]))
--    2592
--    (0.03 secs, 9,426,528 bytes)
--    λ> length (divisores5 (product [1..14]))
--    2592
--    (0.02 secs, 6,636,608 bytes)
--    
--    λ> length (divisores4 (product [1..25]))
--    340032
--    (1.65 secs, 2,055,558,208 bytes)
--    λ> length (divisores5 (product [1..25]))
--    340032
--    (0.88 secs, 1,532,515,304 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

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Mínimo producto escalar

José A. Alonso, ,

El producto escalar de los vectores [a1,a2,…,an] y [b1,b2,…, bn] es

   a1 * b1 + a2 * b2 + ··· + an * bn.

Definir la función

   menorProductoEscalar :: (Ord a, Num a) => [a] -> [a] -> a

tal que (menorProductoEscalar xs ys) es el mínimo de los productos escalares de las permutaciones de xs y de las permutaciones de ys. Por ejemplo,

   menorProductoEscalar [3,2,5]  [1,4,6]    == 29
   menorProductoEscalar [3,2,5]  [1,4,-6]   == -19
   menorProductoEscalar [1..10^2] [1..10^2] == 171700
   menorProductoEscalar [1..10^3] [1..10^3] == 167167000
   menorProductoEscalar [1..10^4] [1..10^4] == 166716670000
   menorProductoEscalar [1..10^5] [1..10^5] == 166671666700000
   menorProductoEscalar [1..10^6] [1..10^6] == 166667166667000000

Soluciones

module Minimo_producto_escalar where
 
import Data.List (sort, permutations)
import Test.QuickCheck (quickCheck)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
menorProductoEscalar1 :: (Ord a, Num a) => [a] -> [a] -> a
menorProductoEscalar1 xs ys =
  minimum [sum (zipWith (*) pxs pys) | pxs <- permutations xs,
                                       pys <- permutations ys]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
menorProductoEscalar2 :: (Ord a, Num a) => [a] -> [a] -> a
menorProductoEscalar2 xs ys =
  minimum [sum (zipWith (*) pxs ys) | pxs <- permutations xs]
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
menorProductoEscalar3 :: (Ord a, Num a) => [a] -> [a] -> a
menorProductoEscalar3 xs ys =
  sum (zipWith (*) (sort xs) (reverse (sort ys)))
 
-- Equivalencia
-- ============
 
-- La propiedad es
prop_menorProductoEscalar :: [Integer] -> [Integer] -> Bool
prop_menorProductoEscalar xs ys =
  all (== menorProductoEscalar1 xs' ys')
      [menorProductoEscalar2 xs' ys',
       menorProductoEscalar3 xs' ys']
  where n   = min (length xs) (length ys)
        xs' = take n xs
        ys' = take n ys
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=7}) prop_menorProductoEscalar
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> menorProductoEscalar1 [0..5] [0..5]
--    20
--    (3.24 secs, 977385528 bytes)
--    λ> menorProductoEscalar2 [0..5] [0..5]
--    20
--    (0.01 secs, 4185776 bytes)
--
--    λ> menorProductoEscalar2 [0..9] [0..9]
--    120
--    (23.86 secs, 9342872784 bytes)
--    λ> menorProductoEscalar3 [0..9] [0..9]
--    120
--    (0.01 secs, 2580824 bytes)
--
--    λ> menorProductoEscalar3 [0..10^6] [0..10^6]
--    166666666666500000
--    (2.46 secs, 473,338,912 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

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Clausura de un conjunto respecto de una función

José A. Alonso, ,

Un conjunto A está cerrado respecto de una función f si para elemento x de A se tiene que f(x) pertenece a A. La clausura de un conjunto B respecto de una función f es el menor conjunto A que contiene a B y es cerrado respecto de f. Por ejemplo, la clausura de {0,1,2] respecto del opuesto es {-2,-1,0,1,2}.

Definir la función

   clausura :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]

tal que (clausura f xs) es la clausura de xs respecto de f. Por ejemplo,

   clausura (\x -> -x) [0,1,2]         ==  [-2,-1,0,1,2]
   clausura (\x -> (x+1) `mod` 5) [0]  ==  [0,1,2,3,4]
   length (clausura (\x -> (x+1) `mod` (10^6)) [0]) == 1000000

Soluciones

module Clausura where
 
import Data.List ((\\), nub, sort, union)
import Test.QuickCheck.HigherOrder (quickCheck')
import qualified Data.Set as S (Set, difference, fromList, map, null, toList, union)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
clausura1 :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]
clausura1 f xs
  | esCerrado f xs = sort xs
  | otherwise      = clausura1 f (expansion f xs)
 
-- (esCerrado f xs) se verifica si al aplicar f a cualquier elemento de
-- xs se obtiene un elemento de xs. Por ejemplo,
--    λ> esCerrado (\x -> -x) [0,1,2]
--    False
--    λ> esCerrado (\x -> -x) [0,1,2,-2,-1]
--    True
esCerrado :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> Bool
esCerrado f xs = all (`elem` xs) (map f xs)
 
-- (expansion f xs) es la lista (sin repeticiones) obtenidas añadiéndole
-- a xs el resulta de aplicar f a sus elementos. Por ejemplo,
--    expansion (\x -> -x) [0,1,2]  ==  [0,1,2,-1,-2]
expansion :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]
expansion f xs = xs `union` map f xs
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
clausura2 :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]
clausura2 f xs = sort (until (esCerrado f) (expansion f) xs)
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
clausura3 :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]
clausura3 f xs = aux xs xs
  where aux ys vs | null ns   = sort vs
                  | otherwise = aux ns (vs ++ ns)
          where ns = nub (map f ys) \\ vs
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
clausura4 :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]
clausura4 f xs = S.toList (clausura4' f (S.fromList xs))
 
clausura4' :: Ord a => (a -> a) -> S.Set a -> S.Set a
clausura4' f xs = aux xs xs
  where aux ys vs | S.null ns = vs
                  | otherwise = aux ns (vs `S.union` ns)
          where ns = S.map f ys `S.difference` vs
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_clausura :: (Int -> Int) -> [Int] -> Bool
prop_clausura f xs =
  all (== clausura1 f xs')
      [ clausura2 f xs'
      , clausura3 f xs'
      , clausura4 f xs'
      ]
  where xs' = sort (nub xs)
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck' prop_clausura
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> length (clausura1 (\x -> (x+1) `mod` 800) [0])
--    800
--    (1.95 secs, 213,481,560 bytes)
--    λ> length (clausura2 (\x -> (x+1) `mod` 800) [0])
--    800
--    (1.96 secs, 213,372,824 bytes)
--    λ> length (clausura3 (\x -> (x+1) `mod` 800) [0])
--    800
--    (0.03 secs, 42,055,128 bytes)
--    λ> length (clausura4 (\x -> (x+1) `mod` 800) [0])
--    800
--    (0.01 secs, 1,779,768 bytes)
--
--    λ> length (clausura3 (\x -> (x+1) `mod` (10^4)) [0])
--    10000
--    (2.50 secs, 8,080,105,816 bytes)
--    λ> length (clausura4 (\x -> (x+1) `mod` (10^4)) [0])
--    10000
--    (0.05 secs, 27,186,920 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

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Ordenada cíclicamente

José A. Alonso, ,

Se dice que una sucesión x(1), …, x(n) está ordenada cíclicamente si existe un índice i tal que la sucesión

   x(i), x(i+1), ..., x(n), x(1), ..., x(i-1)

está ordenada crecientemente de forma estricta.

Definir la función

   ordenadaCiclicamente :: Ord a => [a] -> Maybe Int

tal que (ordenadaCiclicamente xs) es el índice a partir del cual está ordenada, si la lista está ordenado cíclicamente y Nothing en caso contrario. Por ejemplo,

   ordenadaCiclicamente [1,2,3,4]      ==  Just 0
   ordenadaCiclicamente [5,8,1,3]      ==  Just 2
   ordenadaCiclicamente [4,6,7,5,1,3]  ==  Nothing
   ordenadaCiclicamente [1,0,3,2]      ==  Nothing
   ordenadaCiclicamente [1,2,0]        ==  Just 2
   ordenadaCiclicamente "cdeab"        ==  Just 3

Nota: Se supone que el argumento es una lista no vacía sin elementos repetidos.

Soluciones

module Ordenada_ciclicamente where
 
import Test.QuickCheck (Arbitrary, Gen, NonEmptyList (NonEmpty), Property,
                        arbitrary, chooseInt, collect, quickCheck)
import Data.List       (nub, sort)
import Data.Maybe      (isJust, listToMaybe)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
ordenadaCiclicamente1 :: Ord a => [a] -> Maybe Int
ordenadaCiclicamente1 xs = aux 0 xs
  where n = length xs
        aux i zs
          | i == n      = Nothing
          | ordenada zs = Just i
          | otherwise   = aux (i+1) (siguienteCiclo zs)
 
-- (ordenada xs) se verifica si la lista xs está ordenada
-- crecientemente. Por ejemplo,
--   ordenada "acd"   ==  True
--   ordenada "acdb"  ==  False
ordenada :: Ord a => [a] -> Bool
ordenada []     = True
ordenada (x:xs) = all (x <) xs && ordenada xs
 
-- (siguienteCiclo xs) es la lista obtenida añadiendo el primer elemento
-- de xs al final del resto de xs. Por ejemplo,
--   siguienteCiclo [3,2,5]  =>  [2,5,3]
siguienteCiclo :: [a] -> [a]
siguienteCiclo []     = []
siguienteCiclo (x:xs) = xs ++ [x]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
ordenadaCiclicamente2 :: Ord a => [a] -> Maybe Int
ordenadaCiclicamente2 xs =
  listToMaybe [n | n <- [0..length xs-1],
                   ordenada (drop n xs ++ take n xs)]
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
ordenadaCiclicamente3 :: Ord a => [a] -> Maybe Int
ordenadaCiclicamente3 xs
  | ordenada (bs ++ as) = Just k
  | otherwise           = Nothing
  where (_,k)   = minimum (zip xs [0..])
        (as,bs) = splitAt k xs
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_ordenadaCiclicamente1 :: NonEmptyList Int -> Bool
prop_ordenadaCiclicamente1 (NonEmpty xs) =
  ordenadaCiclicamente1 xs == ordenadaCiclicamente2 xs
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_ordenadaCiclicamente1
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- La propiedad para analizar los casos de prueba
prop_ordenadaCiclicamente2 :: NonEmptyList Int -> Property
prop_ordenadaCiclicamente2 (NonEmpty xs) =
  collect (isJust (ordenadaCiclicamente1 xs)) $
  ordenadaCiclicamente1 xs == ordenadaCiclicamente2 xs
 
-- El análisis es
--    λ> quickCheck prop_ordenadaCiclicamente2
--    +++ OK, passed 100 tests:
--    89% False
--    11% True
 
-- Tipo para generar listas
newtype Lista = L [Int]
  deriving Show
 
-- Generador de listas.
listaArbitraria :: Gen Lista
listaArbitraria = do
  x <- arbitrary
  xs <- arbitrary
  let ys = x : xs
  k <- chooseInt (0, length ys)
  let (as,bs) = splitAt k (sort (nub ys))
  return (L (bs ++ as))
 
-- Lista es una subclase de Arbitrary.
instance Arbitrary Lista where
  arbitrary = listaArbitraria
 
-- La propiedad para analizar los casos de prueba
prop_ordenadaCiclicamente3 :: Lista -> Property
prop_ordenadaCiclicamente3 (L xs) =
  collect (isJust (ordenadaCiclicamente1 xs)) $
  ordenadaCiclicamente1 xs == ordenadaCiclicamente2 xs
 
-- El análisis es
--    λ> quickCheck prop_ordenadaCiclicamente3
--    +++ OK, passed 100 tests (100% True).
 
-- Tipo para generar
newtype Lista2 = L2 [Int]
  deriving Show
 
-- Generador de listas
listaArbitraria2 :: Gen Lista2
listaArbitraria2 = do
  x' <- arbitrary
  xs <- arbitrary
  let ys = x' : xs
  k <- chooseInt (0, length ys)
  let (as,bs) = splitAt k (sort (nub ys))
  n <- chooseInt (0,1)
  return (if even n
          then L2 (bs ++ as)
          else L2 ys)
 
-- Lista es una subclase de Arbitrary.
instance Arbitrary Lista2 where
  arbitrary = listaArbitraria2
 
-- La propiedad para analizar los casos de prueba
prop_ordenadaCiclicamente4 :: Lista2 -> Property
prop_ordenadaCiclicamente4 (L2 xs) =
  collect (isJust (ordenadaCiclicamente1 xs)) $
  ordenadaCiclicamente1 xs == ordenadaCiclicamente2 xs
 
-- El análisis es
--    λ> quickCheck prop_ordenadaCiclicamente4
--    +++ OK, passed 100 tests:
--    51% True
--    49% False
 
-- La propiedad es
prop_ordenadaCiclicamente :: Lista2 -> Bool
prop_ordenadaCiclicamente (L2 xs) =
  all (== ordenadaCiclicamente1 xs)
      [ordenadaCiclicamente2 xs,
       ordenadaCiclicamente3 xs]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_ordenadaCiclicamente
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> ordenadaCiclicamente1 ([100..4000] ++ [1..99])
--    Just 3901
--    (3.27 secs, 2,138,864,568 bytes)
--    λ> ordenadaCiclicamente2 ([100..4000] ++ [1..99])
--    Just 3901
--    (2.44 secs, 1,430,040,008 bytes)
--    λ> ordenadaCiclicamente3 ([100..4000] ++ [1..99])
--    Just 3901
--    (1.18 secs, 515,549,200 bytes)

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Nuevas soluciones

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Diferencia simétrica

José A. Alonso, ,

La diferencia simétrica de dos conjuntos es el conjunto cuyos elementos son aquellos que pertenecen a alguno de los conjuntos iniciales, sin pertenecer a ambos a la vez. Por ejemplo, la diferencia simétrica de {2,5,3} y {4,2,3,7} es {5,4,7}.

Definir la función

   diferenciaSimetrica :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]

tal que (diferenciaSimetrica xs ys) es la diferencia simétrica de xs e ys. Por ejemplo,

   diferenciaSimetrica [2,5,3] [4,2,3,7]    ==  [4,5,7]
   diferenciaSimetrica [2,5,3] [5,2,3]      ==  []
   diferenciaSimetrica [2,5,2] [4,2,3,7]    ==  [3,4,5,7]
   diferenciaSimetrica [2,5,2] [4,2,4,7]    ==  [4,5,7]
   diferenciaSimetrica [2,5,2,4] [4,2,4,7]  ==  [5,7]

Soluciones

import Test.QuickCheck
import Data.List ((\\), intersect, nub, sort, union)
import qualified Data.Set as S
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
diferenciaSimetrica1 :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
diferenciaSimetrica1 xs ys =
  sort (nub ([x | x <- xs, x `notElem` ys] ++ [y | y <- ys, y `notElem` xs]))
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
diferenciaSimetrica2 :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
diferenciaSimetrica2 xs ys =
  sort (nub (filter (`notElem` ys) xs ++ filter (`notElem` xs) ys))
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
diferenciaSimetrica3 :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
diferenciaSimetrica3 xs ys =
  sort (nub (union xs ys \\ intersect xs ys))
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
diferenciaSimetrica4 :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
diferenciaSimetrica4 xs ys =
  [x | x <- sort (nub (xs ++ ys))
     , x `notElem` xs || x `notElem` ys]
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
diferenciaSimetrica5 :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
diferenciaSimetrica5 xs ys =
  S.elems ((xs' `S.union` ys') `S.difference` (xs' `S.intersection` ys'))
  where xs' = S.fromList xs
        ys' = S.fromList ys
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_diferenciaSimetrica :: [Int] -> [Int] -> Bool
prop_diferenciaSimetrica xs ys =
  all (== diferenciaSimetrica1 xs ys)
      [diferenciaSimetrica2 xs ys,
       diferenciaSimetrica3 xs ys,
       diferenciaSimetrica4 xs ys,
       diferenciaSimetrica5 xs ys]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_diferenciaSimetrica
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> length (diferenciaSimetrica1 [1..2*10^4] [2,4..2*10^4])
--    10000
--    (2.34 secs, 10,014,360 bytes)
--    λ> length (diferenciaSimetrica2 [1..2*10^4] [2,4..2*10^4])
--    10000
--    (2.41 secs, 8,174,264 bytes)
--    λ> length (diferenciaSimetrica3 [1..2*10^4] [2,4..2*10^4])
--    10000
--    (5.84 secs, 10,232,006,288 bytes)
--    λ> length (diferenciaSimetrica4 [1..2*10^4] [2,4..2*10^4])
--    10000
--    (5.83 secs, 14,814,184 bytes)
--    λ> length (diferenciaSimetrica5 [1..2*10^4] [2,4..2*10^4])
--    10000
--    (0.02 secs, 7,253,496 bytes)

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