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Etiqueta: subsequences

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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Representación de Zeckendorf

José A. Alonso, ,

Los primeros números de Fibonacci son

   1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, ...

tales que los dos primeros son iguales a 1 y los siguientes se obtienen sumando los dos anteriores.

El teorema de Zeckendorf establece que todo entero positivo n se puede representar, de manera única, como la suma de números de Fibonacci no consecutivos decrecientes. Dicha suma se llama la representación de Zeckendorf de n. Por ejemplo, la representación de Zeckendorf de 100 es

   100 = 89 + 8 + 3

Hay otras formas de representar 100 como sumas de números de Fibonacci; por ejemplo,

   100 = 89 +  8 + 2 + 1
   100 = 55 + 34 + 8 + 3

pero no son representaciones de Zeckendorf porque 1 y 2 son números de Fibonacci consecutivos, al igual que 34 y 55.

Definir la función

   zeckendorf :: Integer -> [Integer]

tal que (zeckendorf n) es la representación de Zeckendorf de n. Por ejemplo,

   zeckendorf 100 == [89,8,3]
   zeckendorf 200 == [144,55,1]
   zeckendorf 300 == [233,55,8,3,1]
   length (zeckendorf (10^50000)) == 66097

Soluciones

module Representacion_de_Zeckendorf where
 
import Data.List (subsequences)
import Test.QuickCheck
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
zeckendorf1 :: Integer -> [Integer]
zeckendorf1 = head . zeckendorf1Aux
 
zeckendorf1Aux :: Integer -> [[Integer]]
zeckendorf1Aux n =
  [xs | xs <- subsequences (reverse (takeWhile (<= n) (tail fibs))),
        sum xs == n,
        sinFibonacciConsecutivos xs]
 
-- fibs es la la sucesión de los números de Fibonacci. Por ejemplo,
--    take 14 fibs  == [1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377]
fibs :: [Integer]
fibs = 1 : scanl (+) 1 fibs
-- (sinFibonacciConsecutivos xs) se verifica si en la sucesión
-- decreciente de número de Fibonacci xs no hay dos consecutivos. Por
-- ejemplo, 
 
-- (sinFibonacciConsecutivos xs) se verifica si en la sucesión
-- decreciente de número de Fibonacci xs no hay dos consecutivos. Por
-- ejemplo, 
--    sinFibonacciConsecutivos [89, 8, 3]      ==  True
--    sinFibonacciConsecutivos [55, 34, 8, 3]  ==  False
sinFibonacciConsecutivos :: [Integer] -> Bool
sinFibonacciConsecutivos xs =
  and [x /= siguienteFibonacci y | (x,y) <- zip xs (tail xs)]
 
-- (siguienteFibonacci n) es el menor número de Fibonacci mayor que
-- n. Por ejemplo, 
--    siguienteFibonacci 34  ==  55
siguienteFibonacci :: Integer -> Integer
siguienteFibonacci n =
  head (dropWhile (<= n) fibs)
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
zeckendorf2 :: Integer -> [Integer]
zeckendorf2 = head . zeckendorf2Aux
 
zeckendorf2Aux :: Integer -> [[Integer]]
zeckendorf2Aux n = map reverse (aux n (tail fibs))
  where aux 0 _ = [[]]
        aux m (x:y:zs)
            | x <= m     = [x:xs | xs <- aux (m-x) zs] ++ aux m (y:zs)
            | otherwise  = []
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
zeckendorf3 :: Integer -> [Integer]
zeckendorf3 0 = []
zeckendorf3 n = x : zeckendorf3 (n - x)
  where x = last (takeWhile (<= n) fibs)
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
zeckendorf4 :: Integer -> [Integer]
zeckendorf4 n = aux n (reverse (takeWhile (<= n) fibs))
  where aux 0 _      = []
        aux m (x:xs) = x : aux (m-x) (dropWhile (>m-x) xs)
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_zeckendorf :: Positive Integer -> Bool
prop_zeckendorf (Positive n) =
  all (== zeckendorf1 n)
      [zeckendorf2 n,
       zeckendorf3 n,
       zeckendorf4 n]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_zeckendorf
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> zeckendorf1 (7*10^4)
--    [46368,17711,4181,1597,89,34,13,5,2]
--    (1.49 secs, 2,380,707,744 bytes)
--    λ> zeckendorf2 (7*10^4)
--    [46368,17711,4181,1597,89,34,13,5,2]
--    (0.07 secs, 21,532,008 bytes)
--
--    λ> zeckendorf2 (10^6)
--    [832040,121393,46368,144,55]
--    (1.40 secs, 762,413,432 bytes)
--    λ> zeckendorf3 (10^6)
--    [832040,121393,46368,144,55]
--    (0.01 secs, 542,488 bytes)
--    λ> zeckendorf4 (10^6)
--    [832040,121393,46368,144,55]
--    (0.01 secs, 536,424 bytes)
--
--    λ> length (zeckendorf3 (10^3000))
--    3947
--    (3.02 secs, 1,611,966,408 bytes)
--    λ> length (zeckendorf4 (10^2000))
--    2611
--    (0.02 secs, 10,434,336 bytes)
--
--    λ> length (zeckendorf4 (10^50000))
--    66097
--    (2.84 secs, 3,976,483,760 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

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Código de las alergias

José A. Alonso, ,

Para la determinación de las alergia se utiliza los siguientes códigos para los alérgenos:

   Huevos ........   1
   Cacahuetes ....   2
   Mariscos ......   4
   Fresas ........   8
   Tomates .......  16
   Chocolate .....  32
   Polen .........  64
   Gatos ......... 128

Así, si Juan es alérgico a los cacahuetes y al chocolate, su puntuación es 34 (es decir, 2+32).

Los alérgenos se representan mediante el siguiente tipo de dato

  data Alergeno = Huevos
                | Cacahuetes
                | Mariscos
                | Fresas
                | Tomates
                | Chocolate
                | Polen
                | Gatos
    deriving (Enum, Eq, Show, Bounded)

Definir la función

   alergias :: Int -> [Alergeno]

tal que (alergias n) es la lista de alergias correspondiente a una puntuación n. Por ejemplo,

   λ> alergias 1
   [Huevos]
   λ> alergias 2
   [Cacahuetes]
   λ> alergias 3
   [Huevos,Cacahuetes]
   λ> alergias 5
   [Huevos,Mariscos]
   λ> alergias 255
   [Huevos,Cacahuetes,Mariscos,Fresas,Tomates,Chocolate,Polen,Gatos]

Soluciones

import Data.List (subsequences)
import Test.QuickCheck
 
data Alergeno =
    Huevos
  | Cacahuetes
  | Mariscos
  | Fresas
  | Tomates
  | Chocolate
  | Polen
  | Gatos
  deriving (Enum, Eq, Show, Bounded)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
alergias1 :: Int -> [Alergeno]
alergias1 n =
  [a | (a,c) <- zip alergenos codigos, c `elem` descomposicion n]
 
-- codigos es la lista de los códigos de los alergenos.
codigos :: [Int]
codigos = [2^x| x <- [0..7]]
 
-- (descomposicion n) es la descomposición de n como sumas de potencias
-- de 2. Por ejemplo,
--    descomposicion 3    ==  [1,2]
--    descomposicion 5    ==  [1,4]
--    descomposicion 248  ==  [8,16,32,64,128]
--    descomposicion 255  ==  [1,2,4,8,16,32,64,128]
descomposicion :: Int -> [Int]
descomposicion n =
  head [xs | xs <- subsequences codigos, sum xs == n]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
alergias2 :: Int -> [Alergeno]
alergias2 = map toEnum . codigosAlergias
 
-- (codigosAlergias n) es la lista de códigos de alergias
-- correspondiente a una puntuación n. Por ejemplo,
--    codigosAlergias 1  ==  [0]
--    codigosAlergias 2  ==  [1]
--    codigosAlergias 3  ==  [0,1]
--    codigosAlergias 4  ==  [2]
--    codigosAlergias 5  ==  [0,2]
--    codigosAlergias 6  ==  [1,2]
codigosAlergias :: Int -> [Int]
codigosAlergias = aux [0..7]
  where aux []     _             = []
        aux (x:xs) n | odd n     = x : aux xs (n `div` 2)
                     | otherwise = aux xs (n `div` 2)
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
alergias3 :: Int -> [Alergeno]
alergias3 = map toEnum . codigosAlergias3
 
codigosAlergias3 :: Int -> [Int]
codigosAlergias3 n =
  [x | (x,y) <- zip [0..7] (int2bin n), y == 1]
 
-- (int2bin n) es la representación binaria del número n. Por ejemplo,
--    int2bin 10  ==  [0,1,0,1]
-- ya que 10 = 0*1 + 1*2 + 0*4 + 1*8
int2bin :: Int -> [Int]
int2bin n | n < 2     = [n]
          | otherwise = n `rem` 2 : int2bin (n `div` 2)
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
alergias4 :: Int -> [Alergeno]
alergias4 = map toEnum . codigosAlergias4
 
codigosAlergias4 :: Int -> [Int]
codigosAlergias4 n =
  map fst (filter ((== 1) . snd) (zip  [0..7] (int2bin n)))
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
alergias5 :: Int -> [Alergeno]
alergias5 = map (toEnum . fst)
          . filter ((1 ==) . snd)
          . zip [0..7]
          . int2bin
 
-- 6ª solución
-- ===========
 
alergias6 :: Int -> [Alergeno]
alergias6 = aux alergenos
  where aux []     _             = []
        aux (x:xs) n | odd n     = x : aux xs (n `div` 2)
                     | otherwise = aux xs (n `div` 2)
 
-- alergenos es la lista de los alergenos. Por ejemplo.
--    take 3 alergenos  ==  [Huevos,Cacahuetes,Mariscos]
alergenos :: [Alergeno]
alergenos = [minBound..maxBound]
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_alergias :: Property
prop_alergias =
  forAll (arbitrary `suchThat` esValido) $ \n ->
  all (== alergias1 n)
      [alergias2 n,
       alergias3 n,
       alergias4 n,
       alergias5 n,
       alergias6 n]
  where esValido x = 1 <= x && x <= 255
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_alergias
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> last (map alergias1 [1..255])
--    [Huevos,Cacahuetes,Mariscos,Fresas,Tomates,Chocolate,Polen,Gatos]
--    (0.02 secs, 1,657,912 bytes)
--    λ> last (map alergias2 [1..255])
--    [Huevos,Cacahuetes,Mariscos,Fresas,Tomates,Chocolate,Polen,Gatos]
--    (0.01 secs, 597,080 bytes)
--    λ> last (map alergias3 [1..255])
--    [Huevos,Cacahuetes,Mariscos,Fresas,Tomates,Chocolate,Polen,Gatos]
--    (0.01 secs, 597,640 bytes)
--    λ> last (map alergias4 [1..255])
--    [Huevos,Cacahuetes,Mariscos,Fresas,Tomates,Chocolate,Polen,Gatos]
--    (0.01 secs, 598,152 bytes)
--    λ> last (map alergias5 [1..255])
--    [Huevos,Cacahuetes,Mariscos,Fresas,Tomates,Chocolate,Polen,Gatos]
--    (0.01 secs, 596,888 bytes)

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

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Nuevas soluciones

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Menor no expresable como suma

José A. Alonso, ,

Definir la función

   menorNoSuma :: [Integer] -> Integer

tal que (menorNoSuma xs) es el menor número que no se puede escribir como suma de un subconjunto de xs, donde se supone que xs es un conjunto de números enteros positivos. Por ejemplo,

   menorNoSuma [6,1,2]    ==  4
   menorNoSuma [1,2,3,9]  ==  7
   menorNoSuma [5]        ==  1
   menorNoSuma [1..20]    ==  211
   menorNoSuma [1..10^6]  ==  500000500001

Comprobar con QuickCheck que para todo n,

   menorNoSuma [1..n] == 1 + sum [1..n]

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============
 
import Data.List (sort, subsequences)
import Test.QuickCheck
 
menorNoSuma1 :: [Integer] -> Integer
menorNoSuma1 xs =
  head [n | n <- [1..], n `notElem` sumas xs]
 
-- (sumas xs) es la lista de las sumas de los subconjuntos de xs. Por ejemplo,
--    sumas [1,2,6]  ==  [0,1,2,3,6,7,8,9]
--    sumas [6,1,2]  ==  [0,6,1,7,2,8,3,9]
sumas :: [Integer] -> [Integer]
sumas xs = map sum (subsequences xs)
 
-- 2ª definición
-- =============
 
menorNoSuma2 :: [Integer] -> Integer
menorNoSuma2  = menorNoSumaOrd . reverse . sort 
 
-- (menorNoSumaOrd xs) es el menor número que no se puede escribir como
-- suma de un subconjunto de xs, donde xs es una lista de números
-- naturales ordenada de mayor a menor. Por ejemplo,
--    menorNoSumaOrd [6,2,1]  ==  4
menorNoSumaOrd [] = 1
menorNoSumaOrd (x:xs) | x > y     = y
                      | otherwise = y+x
  where y = menorNoSumaOrd xs
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    λ> menorNoSuma1 [1..20]
--    211
--    (20.40 secs, 28,268,746,320 bytes)
--    λ> menorNoSuma2 [1..20]
--    211
--    (0.01 secs, 0 bytes)
 
-- Propiedad
-- =========
 
-- La propiedad es
prop_menorNoSuma :: (Positive Integer) -> Bool
prop_menorNoSuma (Positive n) =
  menorNoSuma2 [1..n] == 1 + sum [1..n]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=7}) prop_menorNoSuma
--    +++ OK, passed 100 tests.

Otras soluciones

  • Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
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Subconjuntos de orden k

José A. Alonso, ,

Definir la función

   kSubconjuntos :: [a] -> Int -> [[a]]

tal que (kSubconjuntos xs k) es la lista de los subconjuntos de xs con k elementos. Por ejemplo,

   ghci> kSubconjuntos "bcde" 2
   ["bc","bd","be","cd","ce","de"]
   ghci> kSubconjuntos "bcde" 3
   ["bcd","bce","bde","cde"]
   ghci> kSubconjuntos "abcde" 3
   ["abc","abd","abe","acd","ace","ade","bcd","bce","bde","cde"]

Soluciones

import Data.List (subsequences)
 
-- 1ª definición
kSubconjuntos1 :: [a] -> Int -> [[a]]
kSubconjuntos1 xs k =
  [ys | ys <- subsequences xs
      , length ys == k]
 
-- 2ª definición
kSubconjuntos :: [a] -> Int -> [[a]]
kSubconjuntos _ 0      = [[]]
kSubconjuntos [] _     = []
kSubconjuntos (x:xs) k = 
  [x:ys | ys <- kSubconjuntos xs (k-1)] ++ kSubconjuntos xs k  
 
-- Comparación de eficiencia
--    λ> length (kSubconjuntos1 [1..24] 3)
--    2024
--    (4.70 secs, 3,489,911,856 bytes)
--    λ> length (kSubconjuntos [1..24] 3)
--    2024
--    (0.03 secs, 2,039,488 bytes)

Otras soluciones

  • Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
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Pensamiento

“La belleza en las matemáticas es ver la verdad sin esfuerzo.”

George Pólya.

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