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Etiqueta: sublistOf

Emparejamiento de árboles

Los árboles se pueden representar mediante el siguiente tipo de datos

   data Arbol a = N a [Arbol a]
     deriving (Show, Eq)

Por ejemplo, los árboles

     1               3
    / \             /|\
   6   3           / | \
       |          5  4  7
       5          |     /\
                  6    2  1

se representan por

   ej1, ej2 :: Arbol Int
   ej1 = N 1 [N 6 [],N 3 [N 5 []]]
   ej2 = N 3 [N 5 [N 6 []], N 4 [], N 7 [N 2 [], N 1 []]]

Definir la función

   emparejaArboles :: (a -> b -> c) -> Arbol a -> Arbol b -> Arbol c

tal que (emparejaArboles f a1 a2) es el árbol obtenido aplicando la función f a los elementos de los árboles a1 y a2 que se encuentran en la misma posición. Por ejemplo,

   λ> emparejaArboles (+) (N 1 [N 2 [], N 3[]]) (N 1 [N 6 []])
   N 2 [N 8 []]
   λ> emparejaArboles (+) ej1 ej2
   N 4 [N 11 [],N 7 []]
   λ> emparejaArboles (+) ej1 ej1
   N 2 [N 12 [],N 6 [N 10 []]]

Mayor producto de las ramas de un árbol

Los árboles se pueden representar mediante el siguiente tipo de datos

   data Arbol a = N a [Arbol a]
     deriving Show

Por ejemplo, los árboles

      1              3
    /  \            /|\
   2   3           / | \
       |          5  4  7
       4          |     /\
                  6    2  1

se representan por

   ej1, ej2 :: Arbol Int
   ej1 = N 1 [N 2 [],N 3 [N 4 []]]
   ej2 = N 3 [N 5 [N 6 []], N 4 [], N 7 [N 2 [], N 1 []]]

Definir la función

   mayorProducto :: (Ord a, Num a) => Arbol a -> a

tal que (mayorProducto a) es el mayor producto de las ramas del árbol a. Por ejemplo,

   λ> mayorProducto (N 1 [N 2 [], N  3 []])
   3
   λ> mayorProducto (N 1 [N 8 [], N  4 [N 3 []]])
   12
   λ> mayorProducto (N 1 [N 2 [],N 3 [N 4 []]])
   12
   λ> mayorProducto (N 3 [N 5 [N 6 []], N 4 [], N 7 [N 2 [], N 1 []]])
   90
   λ> mayorProducto (N (-8) [N 0 [N (-9) []],N 6 []])
   0
   λ> a = N (-4) [N (-7) [],N 14 [N 19 []],N (-1) [N (-6) [],N 21 []],N (-4) []]
   λ> mayorProducto a
   84

Soluciones

import Test.QuickCheck
 
data Arbol a = N a [Arbol a]
  deriving Show
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
mayorProducto1 :: (Ord a, Num a) => Arbol a -> a
mayorProducto1 a = maximum [product xs | xs <- ramas a]
 
-- (ramas a) es la lista de las ramas del árbol a. Por ejemplo,
--    λ> ramas (N 3 [N 5 [N 6 []], N 4 [], N 7 [N 2 [], N 1 []]])
--    [[3,5,6],[3,4],[3,7,2],[3,7,1]]
ramas :: Arbol b -> [[b]]
ramas (N x []) = [[x]]
ramas (N x as) = [x : xs | a <- as, xs <- ramas a]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
mayorProducto2 :: (Ord a, Num a) => Arbol a -> a
mayorProducto2 a = maximum (map product (ramas a))
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
mayorProducto3 :: (Ord a, Num a) => Arbol a -> a
mayorProducto3 = maximum . map product . ramas
 
-- 4º solución
-- ===========
 
mayorProducto4 :: (Ord a, Num a) => Arbol a -> a
mayorProducto4 = maximum . productosRamas
 
-- (productosRamas a) es la lista de los productos de las ramas
-- del árbol a. Por ejemplo,
--    λ> productosRamas (N 3 [N 5 [N 6 []], N 4 [], N 7 [N 2 [], N 1 []]])
--    [90,12,42,21]
productosRamas :: (Ord a, Num a) => Arbol a -> [a]
productosRamas (N x []) = [x]
productosRamas (N x xs) = [x * y | a <- xs, y <- productosRamas a]
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
mayorProducto5 :: (Ord a, Num a) => Arbol a -> a
mayorProducto5 (N x []) = x
mayorProducto5 (N x xs)
  | x > 0     = x * maximum (map mayorProducto5 xs)
  | x == 0    = 0
  | otherwise = x * minimum (map menorProducto xs)
 
-- (menorProducto a) es el menor producto de las ramas del árbol
-- a. Por ejemplo,
--    λ> menorProducto (N 1 [N 2 [], N  3 []])
--    2
--    λ> menorProducto (N 1 [N 8 [], N  4 [N 3 []]])
--    8
--    λ> menorProducto (N 1 [N 2 [],N 3 [N 4 []]])
--    2
--    λ> menorProducto (N 3 [N 5 [N 6 []], N 4 [], N 7 [N 2 [], N 1 []]])
--    12
menorProducto :: (Ord a, Num a) => Arbol a -> a
menorProducto (N x []) = x
menorProducto (N x xs)
  | x > 0     = x * minimum (map menorProducto xs)
  | x == 0    = 0
  | otherwise = x * maximum (map mayorProducto2 xs)
 
-- 6ª solución
-- ===========
 
mayorProducto6 :: (Ord a, Num a) => Arbol a -> a
mayorProducto6 = maximum . aux
  where aux (N a []) = [a]
        aux (N a b)  = [v,u]
          where u = maximum g
                v = minimum g
                g = map (*a) (concatMap aux b)
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- (arbolArbitrario n) es un árbol aleatorio de orden n. Por ejemplo,
--   > sample (arbolArbitrario 5 :: Gen (Arbol Int))
--   N 0 [N 0 []]
--   N (-2) []
--   N 4 []
--   N 2 [N 4 []]
--   N 8 []
--   N (-2) [N (-9) [],N 7 []]
--   N 11 []
--   N (-11) [N 4 [],N 14 []]
--   N 10 [N (-3) [],N 13 []]
--   N 12 [N 11 []]
--   N 20 [N (-18) [],N (-13) []]
arbolArbitrario :: Arbitrary a => Int -> Gen (Arbol a)
arbolArbitrario n = do
  x  <- arbitrary
  ms <- sublistOf [0 .. n `div` 2]
  as <- mapM arbolArbitrario ms
  return (N x as)
 
-- Arbol es una subclase de Arbitraria
instance Arbitrary a => Arbitrary (Arbol a) where
  arbitrary = sized arbolArbitrario
 
-- La propiedad es
prop_mayorProducto :: Arbol Integer -> Bool
prop_mayorProducto a =
  all (== mayorProducto1 a)
      [f a | f <- [ mayorProducto2
                  , mayorProducto3
                  , mayorProducto4
                  , mayorProducto5
                  , mayorProducto6
                  ]]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_mayorProducto
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> ejArbol <- generate (arbolArbitrario 600 :: Gen (Arbol Integer))
--    λ> mayorProducto1 ejArbol
--    2419727651266241493467136000
--    (1.87 secs, 1,082,764,480 bytes)
--    λ> mayorProducto2 ejArbol
--    2419727651266241493467136000
--    (1.57 secs, 1,023,144,008 bytes)
--    λ> mayorProducto3 ejArbol
--    2419727651266241493467136000
--    (1.55 secs, 1,023,144,248 bytes)
--    λ> mayorProducto4 ejArbol
--    2419727651266241493467136000
--    (1.60 secs, 824,473,800 bytes)
--    λ> mayorProducto5 ejArbol
--    2419727651266241493467136000
--    (0.83 secs, 732,370,352 bytes)
--    λ> mayorProducto6 ejArbol
--    2419727651266241493467136000
--    (0.98 secs, 817,473,344 bytes)
--
--    λ> ejArbol2 <- generate (arbolArbitrario 700 :: Gen (Arbol Integer))
--    λ> mayorProducto5 ejArbol2
--    1044758937398026715504640000000
--    (4.94 secs, 4,170,324,376 bytes)
--    λ> mayorProducto6 ejArbol2
--    1044758937398026715504640000000
--    (5.88 secs, 4,744,782,024 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Nuevas soluciones

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

Teorema de existencia de divisores

El teorema de existencia de divisores afirma que

En cualquier subconjunto de {1, 2, …, 2m} con al menos m+1 elementos existen números distintos a, b tales que a divide a b.

Un conjunto de números naturales xs es mayoritario si existe un m tal que la lista de xs es un subconjunto de {1,2,…,2m} con al menos m+1 elementos. Por ejemplo, {2,3,5,6} porque es un subconjunto de {1,2,…,6} con más de 3 elementos.

Definir las funciones

   divisoresMultiplos :: [Integer] -> [(Integer,Integer)]
   esMayoritario :: [Integer] -> Bool

tales que

  • (divisores xs) es la lista de pares de elementos distintos de (a,b) tales que a divide a b. Por ejemplo,
     divisoresMultiplos [2,3,5,6]  ==  [(2,6),(3,6)]
     divisoresMultiplos [2,3,5]    ==  []
     divisoresMultiplos [4..8]     ==  [(4,8)]
  • (esMayoritario xs) se verifica xs es mayoritario. Por ejemplo,
     esMayoritario [2,3,5,6]  ==  True
     esMayoritario [2,3,5]    ==  False

Comprobar con QuickCheck el teorema de existencia de divisores; es decir, en cualquier conjunto mayoritario existen números distintos a, b tales que a divide a b. Para la comprobación se puede usar el siguiente generador de conjuntos mayoritarios

   mayoritario :: Gen [Integer]
   mayoritario = do
     m' <- arbitrary
     let m = 1 + abs m'
     xs' <- sublistOf [1..2*m] `suchThat` (\ys -> genericLength ys > m)
     return xs'

con lo que la propiedad que hay que comprobar con QuickCheck es

   teorema_de_existencia_de_divisores :: Property
   teorema_de_existencia_de_divisores =
     forAll mayoritario (not . null . divisoresMultiplos)

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Test.QuickCheck
 
divisoresMultiplos :: [Integer] -> [(Integer,Integer)]
divisoresMultiplos xs =
  [(x,y) | x <- xs
         , y <- xs
         , y /= x
         , y `mod` x == 0]
 
esMayoritario :: [Integer] -> Bool
esMayoritario xs =
  not (null xs) && length xs > ceiling (n / 2) 
  where n = fromIntegral (maximum xs)
 
-- Comprobación del teorema
-- ========================
 
-- La propiedad es
teorema_de_existencia_de_divisores :: Property
teorema_de_existencia_de_divisores =
  forAll mayoritario (not . null . divisoresMultiplos)
 
-- mayoritario es un generador de conjuntos mayoritarios. Por ejemplo, 
--    λ> sample mayoritario
--    [1,2]
--    [2,5,7,8]
--    [1,2,8,10,14]
--    [3,8,11,12,13,15,18,19,22,23,25,26]
--    [1,3,4,6]
--    [3,6,9,11,12,14,17,19]
mayoritario :: Gen [Integer]
mayoritario = do
  m' <- arbitrary
  let m = 1 + abs m'
  xs' <- sublistOf [1..2*m] `suchThat` (\ys -> genericLength ys > m)
  return xs'
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck teorema_de_existencia_de_divisores
--    +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Guiomar, Guiomar,
mírame en ti castigado:
reo de haberte creado,
ya no te puedo olvidar.

Antonio Machado