subsequences

El problema 3SUM

PorJosé A. Alonso 2-enero-201819-febrero-2018

El problem 3SUM consiste en dado una lista xs, decidir si xs posee tres elementos cuya suma sea cero. Por ejemplo, en [7,5,-9,5,2] se pueden elegir los elementos 7, -9 y 2 que suman 0.

Definir las funciones

   sols3Sum :: [Int] -> [[Int]]
   pb3Sum :: [Int] -> Bool

1 2	sols3Sum :: [Int] -> [[Int]] pb3Sum :: [Int] -> Bool

tales que
+ (sols3Sum xs) son las listas de tres elementos de xs cuya suma sea cero. Por ejemplo,

      sols3Sum [8,10,-10,-7,2,-3]   ==  [[-10,2,8],[-7,-3,10]]
      sols3Sum [-2..3]              ==  [[-2,-1,3],[-2,0,2],[-1,0,1]]
      sols3Sum [1,-2]               ==  []
      sols3Sum [-2,1]               ==  []
      sols3Sum [1,-2,1]             ==  [[-2,1,1]]
      length (sols3Sum [-100..100]) ==  5000

sols3Sum [8,10,-10,-7,2,-3] == [[-10,2,8],[-7,-3,10]]

sols3Sum [-2..3] == [[-2,-1,3],[-2,0,2],[-1,0,1]]

sols3Sum [1,-2] == []

sols3Sum [-2,1] == []

sols3Sum [1,-2,1] == [[-2,1,1]]

length (sols3Sum [-100..100]) == 5000

(pb3Sum xs) se verifica si xs posee tres elementos cuya suma sea cero. Por ejemplo,

     pb3Sum [8,10,-10,-7,2,-3]  ==  True
     pb3Sum [1,-2]              ==  False
     pb3Sum [-2,1]              ==  False
     pb3Sum [1,-2,1]            ==  True
     pb3Sum [1..400]            ==  False

pb3Sum [8,10,-10,-7,2,-3] == True

pb3Sum [1,-2] == False

pb3Sum [-2,1] == False

pb3Sum [1,-2,1] == True

pb3Sum [1..400] == False

Soluciones

import Data.List

-- 1ª solución
-- ===========

sols3Sum1 :: [Int] -> [[Int]]
sols3Sum1 = normaliza . sols3Sum1Aux 

sols3Sum1Aux :: [Int] -> [[Int]]
sols3Sum1Aux xs =
  [ys | ys <- subsequences xs
      , length ys == 3
      , sum ys == 0]

normaliza :: [[Int]] -> [[Int]]
normaliza = sort . nub . map sort

pb3Sum1 :: [Int] -> Bool
pb3Sum1 = not . null . sols3Sum1Aux


-- 2ª solución
-- ===========

sols3Sum2 :: [Int] -> [[Int]]
sols3Sum2 = normaliza . sols3Sum2Aux 

sols3Sum2Aux :: [Int] -> [[Int]]
sols3Sum2Aux xs =
  [[a,b,c] | (a:bs) <- tails xs
           , (b:cs) <- tails bs
           , c <- cs
           , a + b + c == 0]
  
pb3Sum2 :: [Int] -> Bool
pb3Sum2 = not . null . sols3Sum2Aux

-- 3ª solución
-- ===========

sols3Sum3 :: [Int] -> [[Int]]
sols3Sum3 = normaliza . sols3Sum3Aux 

sols3Sum3Aux :: [Int] -> [[Int]]
sols3Sum3Aux xs =
  [[a,b,-a-b] | (a:bs) <- tails xs
              , b <- bs
              , (-a-b) `elem` (delete a (delete b xs))]

pb3Sum3 :: [Int] -> Bool
pb3Sum3 = not . null . sols3Sum3Aux

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> pb3Suma [1..23]
--    False
--    (2.61 secs, 1,812,734,176 bytes)
--    λ> pb3Sumb [1..23]
--    False
--    (0.01 secs, 554,496 bytes)
--    λ> pb3Sumc [1..23]
--    False
--    (0.01 secs, 584,344 bytes)
--    λ> pb3Suma ([1..23] ++ [-3]) 
--    True
--    (2.54 secs, 1,812,735,784 bytes)
--    λ> pb3Sumb ([1..23] ++ [-3]) 
--    True
--    (0.01 secs, 148,904 bytes)
--    λ> pb3Sumc ([1..23] ++ [-3]) 
--    True
--    (0.00 secs, 145,320 bytes)
--
--    λ> pb3Sumb [1..300]
--    False
--    (1.66 secs, 933,699,824 bytes)
--    λ> pb3Sumc [1..300]
--    False
--    (0.41 secs, 873,168,120 bytes)

import Data.List

-- 1ª solución

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

sols3Sum1 :: [Int] -> [[Int]]

sols3Sum1 = normaliza . sols3Sum1Aux

sols3Sum1Aux :: [Int] -> [[Int]]

sols3Sum1Aux xs =

[ys | ys <- subsequences xs

, length ys == 3

, sum ys == 0]

normaliza :: [[Int]] -> [[Int]]

normaliza = sort . nub . map sort

pb3Sum1 :: [Int] -> Bool

pb3Sum1 = not . null . sols3Sum1Aux

-- 2ª solución

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

sols3Sum2 :: [Int] -> [[Int]]

sols3Sum2 = normaliza . sols3Sum2Aux

sols3Sum2Aux :: [Int] -> [[Int]]

sols3Sum2Aux xs =

[[a,b,c] | (a:bs) <- tails xs

, (b:cs) <- tails bs

, c <- cs

, a + b + c == 0]

pb3Sum2 :: [Int] -> Bool

pb3Sum2 = not . null . sols3Sum2Aux

-- 3ª solución

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

sols3Sum3 :: [Int] -> [[Int]]

sols3Sum3 = normaliza . sols3Sum3Aux

sols3Sum3Aux :: [Int] -> [[Int]]

sols3Sum3Aux xs =

[[a,b,-a-b] | (a:bs) <- tails xs

, b <- bs

, (-a-b) `elem` (delete a (delete b xs))]

pb3Sum3 :: [Int] -> Bool

pb3Sum3 = not . null . sols3Sum3Aux

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> pb3Suma [1..23]

-- False

-- (2.61 secs, 1,812,734,176 bytes)

-- λ> pb3Sumb [1..23]

-- False

-- (0.01 secs, 554,496 bytes)

-- λ> pb3Sumc [1..23]

-- False

-- (0.01 secs, 584,344 bytes)

-- λ> pb3Suma ([1..23] ++ [-3])

-- True

-- (2.54 secs, 1,812,735,784 bytes)

-- λ> pb3Sumb ([1..23] ++ [-3])

-- True

-- (0.01 secs, 148,904 bytes)

-- λ> pb3Sumc ([1..23] ++ [-3])

-- True

-- (0.00 secs, 145,320 bytes)

-- λ> pb3Sumb [1..300]

-- False

-- (1.66 secs, 933,699,824 bytes)

-- λ> pb3Sumc [1..300]

-- False

-- (0.41 secs, 873,168,120 bytes)

Conjunto de funciones entre dos conjuntos

PorJosé A. Alonso 1-diciembre-20178-diciembre-2017

Una función f entre dos conjuntos A e B se puede representar mediante una lista de pares de AxB tales que para cada elemento a de A existe un único elemento b de B tal que (a,b) pertenece a f. Por ejemplo,

[(1,2),(3,6)] es una función de [1,3] en [2,4,6];
[(1,2)] no es una función de [1,3] en [2,4,6], porque no tiene ningún par cuyo primer elemento sea igual a 3;
[(1,2),(3,6),(1,4)] no es una función porque hay dos pares distintos cuya primera coordenada es 1.

Definir las funciones

   funciones  :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
   nFunciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

1 2	funciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]] nFunciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

tales que

(funciones xs ys) es el conjunto de las funciones del conjunto xs en el conjunto ys. Por ejemplo,

     λ> funciones [1] [2]
     [[(1,2)]]
     λ> funciones [1] [2,4]
     [[(1,2)],[(1,4)]]
     λ> funciones [1,3] [2]
     [[(1,2),(3,2)]]
     λ> funciones [1,3] [2,4]
     [[(1,2),(3,2)],[(1,2),(3,4)],[(1,4),(3,2)],[(1,4),(3,4)]]
     λ> funciones [1,3] [2,4,6]
     [[(1,2),(3,2)],[(1,2),(3,4)],[(1,2),(3,6)],
      [(1,4),(3,2)],[(1,4),(3,4)],[(1,4),(3,6)],
      [(1,6),(3,2)],[(1,6),(3,4)],[(1,6),(3,6)]]
     λ> funciones [1,3,5] [2,4]
     [[(1,2),(3,2),(5,2)],[(1,2),(3,2),(5,4)],[(1,2),(3,4),(5,2)],
      [(1,2),(3,4),(5,4)],[(1,4),(3,2),(5,2)],[(1,4),(3,2),(5,4)],
      [(1,4),(3,4),(5,2)],[(1,4),(3,4),(5,4)]]
     λ> funciones [] []
     [[]]
     λ> funciones [] [2]
     [[]]
     λ> funciones [1] []
     []

λ> funciones [1] [2]

[[(1,2)]]

λ> funciones [1] [2,4]

[[(1,2)],[(1,4)]]

λ> funciones [1,3] [2]

[[(1,2),(3,2)]]

λ> funciones [1,3] [2,4]

[[(1,2),(3,2)],[(1,2),(3,4)],[(1,4),(3,2)],[(1,4),(3,4)]]

λ> funciones [1,3] [2,4,6]

[[(1,2),(3,2)],[(1,2),(3,4)],[(1,2),(3,6)],

[(1,4),(3,2)],[(1,4),(3,4)],[(1,4),(3,6)],

[(1,6),(3,2)],[(1,6),(3,4)],[(1,6),(3,6)]]

λ> funciones [1,3,5] [2,4]

[[(1,2),(3,2),(5,2)],[(1,2),(3,2),(5,4)],[(1,2),(3,4),(5,2)],

[(1,2),(3,4),(5,4)],[(1,4),(3,2),(5,2)],[(1,4),(3,2),(5,4)],

[(1,4),(3,4),(5,2)],[(1,4),(3,4),(5,4)]]

λ> funciones [] []

[[]]

λ> funciones [] [2]

[[]]

λ> funciones [1] []

[]

(nFunciones xs ys) es el número de funciones del conjunto xs en el conjunto ys. Por ejemplo,

     nFunciones [1,3] [2,4,6]  ==  9
     nFunciones [1,3,5] [2,4]  ==  8
     length (show (nFunciones2 [1..10^6] [1..10^3]))  ==  3000001

nFunciones [1,3] [2,4,6] == 9

nFunciones [1,3,5] [2,4] == 8

length (show (nFunciones2 [1..10^6] [1..10^3])) == 3000001

Soluciones

import Data.List (genericLength, nub, sort, subsequences)

-- 1ª definición de funciones
-- ==========================

funciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
funciones xs ys =
  conjunto [r | r <- relaciones xs ys
              , esFuncion r xs ys]

-- (relaciones xs ys) es el conjunto de las relaciones binarias entre xs
-- e ys. Por ejemplo,
--    λ> relaciones [1,3] [2,4]
--    [[],[(1,2)],[(1,4)],[(1,2),(1,4)],[(3,2)],[(1,2),(3,2)],
--     [(1,4),(3,2)],[(1,2),(1,4),(3,2)],[(3,4)],[(1,2),(3,4)],
--     [(1,4),(3,4)],[(1,2),(1,4),(3,4)],[(3,2),(3,4)],
--     [(1,2),(3,2),(3,4)],[(1,4),(3,2),(3,4)],
--     [(1,2),(1,4),(3,2),(3,4)]]
relaciones :: [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
relaciones xs ys =
  subsequences (producto xs ys)

-- (producto xs ys) es el producto cartesiano de xs e ys. Por ejemplo,
--    producto [1,3] [2,4]  ==  [(1,2),(1,4),(3,2),(3,4)]
producto :: [a] -> [b] -> [(a,b)]
producto xs ys =
  [(x,y) | x <- xs, y <- ys]

-- (esFuncional r) r se verifica si la relación r es funcional. Por
-- ejemplo, 
--    esFuncional [(2,4),(1,5),(3,4)]        ==  True
--    esFuncional [(3,4),(1,4),(1,2),(3,4)]  ==  False
esFuncional :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> Bool
esFuncional r =
  and [esUnitario (imagen r x) | x <- dominio r] 

-- (dominio r) es el dominio de la relación r. Por ejemplo,
--    dominio [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)]  ==  [1,3,5]
dominio :: Ord a => [(a,b)] -> [a]
dominio = sort . nub . map fst

-- (imagen r x) es la imagen de x en la relación r. Por ejemplo,
--    imagen [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] 1  ==  [2,4]
--    imagen [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] 2  ==  []
imagen :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> a -> [b]
imagen r x =
  conjunto [y | (x1,y) <- r, x1 == x]

-- (conjunto xs) es el conjunto (es decir, lista ordenada de elementos
-- distintos) correspondiente a la lista xs. Por ejemplo, 
--    conjunto [7,2,3,2,7,3]  ==  [2,3,7]
conjunto :: Ord a => [a] -> [a]
conjunto = sort . nub

-- (esUnitario xs) se verifica si xs tiene sólo un elemento.
esUnitario :: [a] -> Bool
esUnitario xs =
  length xs == 1

-- (esFuncion r xs ys) se verifica si r es una función con dominio xs y
-- codominio ys. Por ejemplo,
--    esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,5,7]   ==  True
--    esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,3] [4,5,7]     ==  False
--    esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,7]     ==  False
--    esFuncion [(1,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,5,7]   ==  False
esFuncion :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> [a] -> [b] -> Bool
esFuncion r xs ys =
     conjunto xs == dominio r 
  && rango r `contenido` conjunto ys
  && esFuncional r

-- (rango r) es el rango de la relación r. Por ejemplo,
--    rango [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)]  ==  [2,4]
rango :: Ord b => [(a,b)] -> [b]
rango = sort . nub . map snd

-- (contenido xs ys) se verifica si el conjunto xs está contenido en el
-- ys. Por ejemplo,
--    [1,3] `contenido` [1,2,3,5]  ==  True
--    [1,3] `contenido` [1,2,4,5]  ==  False
contenido :: Ord a => [a] -> [a] -> Bool 
contenido xs ys =
  all (`elem` ys) xs

-- 2ª definición de funciones
-- ==========================

funciones2 :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
funciones2 xs ys =
  conjunto (aux xs ys)
  where aux [] _      = [[]]
        aux [x] ys    = [[(x,y)] | y <- ys]
        aux (x:xs) ys = [((x,y):f) | y <- ys, f <- fs]
          where fs = aux xs ys

-- Comparación de eficiencia de funciones
-- ======================================

--    λ> length (funciones [1..4] [1..4]) 
--    256
--    (2.69 secs, 754,663,072 bytes)
--    λ> length (funciones2 [1..4] [1..4]) 
--    256
--    (0.04 secs, 243,600 bytes)

-- 1ª definición de nFunciones
-- ===========================

nFunciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer
nFunciones xs ys =
  genericLength (funciones2 xs ys)

-- 2ª definición de nFunciones
-- ===========================

nFunciones2 :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer
nFunciones2 xs ys =
  (genericLength ys)^(genericLength xs)

-- Comparación de eficiencia de nFunciones
-- =======================================

--    λ> nFunciones [1..5] [1..5] 
--    3125
--    (1.35 secs, 1,602,872 bytes)
--    λ> nFunciones2 [1..5] [1..5] 
--    3125
--    (0.03 secs, 140,480 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

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113

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115

116

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121

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123

124

125

126

127

128

import Data.List (genericLength, nub, sort, subsequences)

-- 1ª definición de funciones

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

funciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]

funciones xs ys =

conjunto [r | r <- relaciones xs ys

, esFuncion r xs ys]

-- (relaciones xs ys) es el conjunto de las relaciones binarias entre xs

-- e ys. Por ejemplo,

-- λ> relaciones [1,3] [2,4]

-- [[],[(1,2)],[(1,4)],[(1,2),(1,4)],[(3,2)],[(1,2),(3,2)],

-- [(1,4),(3,2)],[(1,2),(1,4),(3,2)],[(3,4)],[(1,2),(3,4)],

-- [(1,4),(3,4)],[(1,2),(1,4),(3,4)],[(3,2),(3,4)],

-- [(1,2),(3,2),(3,4)],[(1,4),(3,2),(3,4)],

-- [(1,2),(1,4),(3,2),(3,4)]]

relaciones :: [a] -> [b] -> [[(a,b)]]

relaciones xs ys =

subsequences (producto xs ys)

-- (producto xs ys) es el producto cartesiano de xs e ys. Por ejemplo,

-- producto [1,3] [2,4] == [(1,2),(1,4),(3,2),(3,4)]

producto :: [a] -> [b] -> [(a,b)]

producto xs ys =

[(x,y) | x <- xs, y <- ys]

-- (esFuncional r) r se verifica si la relación r es funcional. Por

-- ejemplo,

-- esFuncional [(2,4),(1,5),(3,4)] == True

-- esFuncional [(3,4),(1,4),(1,2),(3,4)] == False

esFuncional :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> Bool

esFuncional r =

and [esUnitario (imagen r x) | x <- dominio r]

-- (dominio r) es el dominio de la relación r. Por ejemplo,

-- dominio [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] == [1,3,5]

dominio :: Ord a => [(a,b)] -> [a]

dominio = sort . nub . map fst

-- (imagen r x) es la imagen de x en la relación r. Por ejemplo,

-- imagen [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] 1 == [2,4]

-- imagen [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] 2 == []

imagen :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> a -> [b]

imagen r x =

conjunto [y | (x1,y) <- r, x1 == x]

-- (conjunto xs) es el conjunto (es decir, lista ordenada de elementos

-- distintos) correspondiente a la lista xs. Por ejemplo,

-- conjunto [7,2,3,2,7,3] == [2,3,7]

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

conjunto = sort . nub

-- (esUnitario xs) se verifica si xs tiene sólo un elemento.

esUnitario :: [a] -> Bool

esUnitario xs =

length xs == 1

-- (esFuncion r xs ys) se verifica si r es una función con dominio xs y

-- codominio ys. Por ejemplo,

-- esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,5,7] == True

-- esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,3] [4,5,7] == False

-- esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,7] == False

-- esFuncion [(1,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,5,7] == False

esFuncion :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> [a] -> [b] -> Bool

esFuncion r xs ys =

conjunto xs == dominio r

&& rango r `contenido` conjunto ys

&& esFuncional r

-- (rango r) es el rango de la relación r. Por ejemplo,

-- rango [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] == [2,4]

rango :: Ord b => [(a,b)] -> [b]

rango = sort . nub . map snd

-- (contenido xs ys) se verifica si el conjunto xs está contenido en el

-- ys. Por ejemplo,

-- [1,3] `contenido` [1,2,3,5] == True

-- [1,3] `contenido` [1,2,4,5] == False

contenido :: Ord a => [a] -> [a] -> Bool

contenido xs ys =

all (`elem` ys) xs

-- 2ª definición de funciones

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

funciones2 :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]

funciones2 xs ys =

conjunto (aux xs ys)

where aux [] _ = [[]]

aux [x] ys = [[(x,y)] | y <- ys]

aux (x:xs) ys = [((x,y):f) | y <- ys, f <- fs]

where fs = aux xs ys

-- Comparación de eficiencia de funciones

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

-- λ> length (funciones [1..4] [1..4])

-- 256

-- (2.69 secs, 754,663,072 bytes)

-- λ> length (funciones2 [1..4] [1..4])

-- 256

-- (0.04 secs, 243,600 bytes)

-- 1ª definición de nFunciones

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

nFunciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

nFunciones xs ys =

genericLength (funciones2 xs ys)

-- 2ª definición de nFunciones

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

nFunciones2 :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

nFunciones2 xs ys =

(genericLength ys)^(genericLength xs)

-- Comparación de eficiencia de nFunciones

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

-- λ> nFunciones [1..5] [1..5]

-- 3125

-- (1.35 secs, 1,602,872 bytes)

-- λ> nFunciones2 [1..5] [1..5]

-- 3125

-- (0.03 secs, 140,480 bytes)

Conjunto de relaciones binarias entre dos conjuntos

PorJosé A. Alonso 27-noviembre-20174-diciembre-2017

Una relación binaria entre dos conjuntos A y B se puede representar mediante un conjunto de pares (a,b) tales que a ∈ A y b ∈ B. Por ejemplo, la relación < entre A = {1,5,3} y B = {0,2,4} se representa por {(1,2),(1,4),(3,4)}.

Definir las funciones

   relaciones  :: [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
   nRelaciones :: [a] -> [b] -> Integer

1 2	relaciones :: [a] -> [b] -> [[(a,b)]] nRelaciones :: [a] -> [b] -> Integer

tales que

(relaciones xs ys) es el conjunto de las relaciones del conjunto xs en el conjunto ys. Por ejemplo,

     λ> relaciones [1] [2]
     [[],[(1,2)]]
     λ> relaciones [1] [2,4]
     [[],[(1,2)],[(1,4)],[(1,2),(1,4)]]
     λ> relaciones [1,3] [2]
     [[],[(1,2)],[(3,2)],[(1,2),(3,2)]]
     λ> relaciones [1,3] [2,4]
     [[],[(1,2)],[(1,4)],[(1,2),(1,4)],[(3,2)],[(1,2),(3,2)],
      [(1,4),(3,2)],[(1,2),(1,4),(3,2)],[(3,4)],[(1,2),(3,4)],
      [(1,4),(3,4)],[(1,2),(1,4),(3,4)],[(3,2),(3,4)],
      [(1,2),(3,2),(3,4)],[(1,4),(3,2),(3,4)],
      [(1,2),(1,4),(3,2),(3,4)]]
     λ> relaciones [] []
     [[]]
     λ> relaciones [] [2]
     [[]]
     λ> relaciones [1] []
     [[]]

λ> relaciones [1] [2]

[[],[(1,2)]]

λ> relaciones [1] [2,4]

[[],[(1,2)],[(1,4)],[(1,2),(1,4)]]

λ> relaciones [1,3] [2]

[[],[(1,2)],[(3,2)],[(1,2),(3,2)]]

λ> relaciones [1,3] [2,4]

[[],[(1,2)],[(1,4)],[(1,2),(1,4)],[(3,2)],[(1,2),(3,2)],

[(1,4),(3,2)],[(1,2),(1,4),(3,2)],[(3,4)],[(1,2),(3,4)],

[(1,4),(3,4)],[(1,2),(1,4),(3,4)],[(3,2),(3,4)],

[(1,2),(3,2),(3,4)],[(1,4),(3,2),(3,4)],

[(1,2),(1,4),(3,2),(3,4)]]

λ> relaciones [] []

[[]]

λ> relaciones [] [2]

[[]]

λ> relaciones [1] []

[[]]

(nRelaciones xs ys) es el número de relaciones del conjunto xs en el conjunto ys. Por ejemplo,

     nRelaciones [1,2] [4,5]    ==  16
     nRelaciones [1,2] [4,5,6]  ==  64
     nRelaciones [0..9] [0..9]  ==  1267650600228229401496703205376

nRelaciones [1,2] [4,5] == 16

nRelaciones [1,2] [4,5,6] == 64

nRelaciones [0..9] [0..9] == 1267650600228229401496703205376

Soluciones

import Data.List (genericLength, subsequences)

relaciones :: [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
relaciones xs ys =
  subsequences (producto xs ys)

-- (producto xs ys) es el producto cartesiano de xs e ys. Por ejemplo,
--    producto [1,3] [2,4]  ==  [(1,2),(1,4),(3,2),(3,4)]
producto :: [a] -> [b] -> [(a,b)]
producto xs ys =
  [(x,y) | x <- xs, y <- ys]

-- 1ª definición de nRelaciones
nRelaciones :: [a] -> [b] -> Integer
nRelaciones xs ys = genericLength (relaciones xs ys)

-- 2ª definición de nRelaciones
nRelaciones2 :: [a] -> [b] -> Integer
nRelaciones2 xs ys =
  2^(length xs * length ys)

-- Comparación de eficiencia
--    λ> nRelaciones [1..4] [1..5]
--    1048576
--    (1.17 secs, 228,243,608 bytes)
--    λ> nRelaciones2 [1..4] [1..5]
--    1048576
--    (0.02 secs, 144,856 bytes)

import Data.List (genericLength, subsequences)

relaciones :: [a] -> [b] -> [[(a,b)]]

relaciones xs ys =

subsequences (producto xs ys)

-- (producto xs ys) es el producto cartesiano de xs e ys. Por ejemplo,

-- producto [1,3] [2,4] == [(1,2),(1,4),(3,2),(3,4)]

producto :: [a] -> [b] -> [(a,b)]

producto xs ys =

[(x,y) | x <- xs, y <- ys]

-- 1ª definición de nRelaciones

nRelaciones :: [a] -> [b] -> Integer

nRelaciones xs ys = genericLength (relaciones xs ys)

-- 2ª definición de nRelaciones

nRelaciones2 :: [a] -> [b] -> Integer

nRelaciones2 xs ys =

2^(length xs * length ys)

-- Comparación de eficiencia

-- λ> nRelaciones [1..4] [1..5]

-- 1048576

-- (1.17 secs, 228,243,608 bytes)

-- λ> nRelaciones2 [1..4] [1..5]

-- 1048576

-- (0.02 secs, 144,856 bytes)

Pares definidos por su MCD y su MCM

PorJosé A. Alonso 10-noviembre-201725-abril-2021

Definir las siguientes funciones

   pares  :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
   nPares :: Integer -> Integer -> Integer

1 2	pares :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)] nPares :: Integer -> Integer -> Integer

tales que

(pares a b) es la lista de los pares de números enteros positivos tales que su máximo común divisor es a y su mínimo común múltiplo es b. Por ejemplo,

     pares 3 3  == [(3,3)]
     pares 4 12 == [(4,12),(12,4)]
     pares 2 12 == [(2,12),(4,6),(6,4),(12,2)]
     pares 2 60 == [(2,60),(4,30),(6,20),(10,12),(12,10),(20,6),(30,4),(60,2)]
     pares 2 7  == []
     pares 12 3 == []
     length (pares 3 (product [3,5..91]))  ==  8388608

pares 3 3 == [(3,3)]

pares 4 12 == [(4,12),(12,4)]

pares 2 12 == [(2,12),(4,6),(6,4),(12,2)]

pares 2 60 == [(2,60),(4,30),(6,20),(10,12),(12,10),(20,6),(30,4),(60,2)]

pares 2 7 == []

pares 12 3 == []

length (pares 3 (product [3,5..91])) == 8388608

(nPares a b) es el número de pares de enteros positivos tales que su máximo común divisor es a y su mínimo común múltiplo es b. Por ejemplo,

     nPares 3 3   ==  1
     nPares 4 12  ==  2
     nPares 2 12  ==  4
     nPares 2 60  ==  8
     nPares 2 7   ==  0
     nPares 12 3  ==  0
     nPares 3 (product [3..3*10^4]) `mod` (10^12)  ==  477999992832
     length (show (nPares 3 (product [3..3*10^4])))  ==  977

nPares 3 3 == 1

nPares 4 12 == 2

nPares 2 12 == 4

nPares 2 60 == 8

nPares 2 7 == 0

nPares 12 3 == 0

nPares 3 (product [3..3*10^4]) `mod` (10^12) == 477999992832

length (show (nPares 3 (product [3..3*10^4]))) == 977

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Data.List (genericLength, group, nub, sort, subsequences)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de pares
-- ======================

pares1 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
pares1 a b = [(x,y) | x <- [1..b]
                    , y <- [1..b]
                    , gcd x y == a
                    , lcm x y == b]

-- 2ª definición de pares
-- ======================

pares2 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
pares2 a b = [(x,y) | x <- [a,a+a..b]
                    , y <- [a,a+a..b]
                    , gcd x y == a
                    , lcm x y == b]

-- Comparacioń de eficiencia
--    λ> length (pares1 3 (product [3,5..11]))
--    16
--    (95.12 secs, 86,534,165,528 bytes)
--    λ> length (pares2 3 (product [3,5..11]))
--    16
--    (15.80 secs, 14,808,762,128 bytes)

-- 3ª definición de pares
-- ======================

pares3 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
pares3 a b = [(x,y) | x <- [a,a+a..b]
                    , c `rem` x == 0
                    , let y = c `div` x
                    , gcd x y == a
                    ]
  where c = a * b

-- Comparacioń de eficiencia
--    λ> length (pares2 3 (product [3,5..11]))
--    16
--    (15.80 secs, 14,808,762,128 bytes)
--    λ> length (pares3 3 (product [3,5..11]))
--    16
--    (0.01 secs, 878,104 bytes)

-- 4ª definición de pares
-- ======================

-- Para la cuarta definición de pares se observa la relación con los
-- factores primos
--    λ> [(primeFactors x, primeFactors y) | (x,y) <- pares1 2 12]
--    [([2],[2,2,3]),([2,2],[2,3]),([2,3],[2,2]),([2,2,3],[2])]
--    λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 12]
--    [[2],[2,2],[2,3],[2,2,3]]
--    λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 60]
--    [[2],[2,2],[2,3],[2,5],[2,2,3],[2,2,5],[2,3,5],[2,2,3,5]]
--    λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 6 60]
--    [[2,3],[2,2,3],[2,3,5],[2,2,3,5]]
--    λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 24]
--    [[2],[2,3],[2,2,2],[2,2,2,3]]
-- Se observa que cada pare se obtiene de uno de los subconjuntos de los
-- divisores primos de b/a. Por ejemplo,
--    λ> (a,b) = (2,24)
--    λ> b `div` a
--    12
--    λ> primeFactors it
--    [2,2,3]
--    λ> group it
--    [[2,2],[3]]
--    λ> subsequences it
--    [[],[[2,2]],[[3]],[[2,2],[3]]]
--    λ> map concat it
--    [[],[2,2],[3],[2,2,3]]
--    λ> map product it
--    [1,4,3,12]
--    λ> [(a * x, b `div` x) | x <- it]
--    [(2,24),(8,6),(6,8),(24,2)]
-- A partir de la observación se construye la siguiente definición

pares4 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
pares4 a b
  | b `mod` a /= 0 = []
  | otherwise =
    [(a * x, b `div` x)
    | x <- map (product . concat)
               ((subsequences . group . primeFactors) (b `div` a))]

-- Nota. La función pares4 calcula el mismo conjunto que las anteriores,
-- pero no necesariamente en el mismo orde. Por ejemplo,
--    λ> pares3 2 60 
--    [(2,60),(4,30),(6,20),(10,12),(12,10),(20,6),(30,4),(60,2)]
--    λ> pares4 2 60 
--    [(2,60),(4,30),(6,20),(12,10),(10,12),(20,6),(30,4),(60,2)]
--    λ> pares3 2 60 == sort (pares4 2 60)
--    True

-- Comparacioń de eficiencia
--    λ> length (pares3 3 (product [3,5..17]))
--    64
--    (4.44 secs, 2,389,486,440 bytes)
--    λ> length (pares4 3 (product [3,5..17]))
--    64
--    (0.00 secs, 177,704 bytes)
  
-- Propiedades de equivalencia de pares
-- ====================================

prop_pares :: Integer -> Integer -> Property
prop_pares a b =
  a > 0 && b > 0 ==>
  all (== pares1 a b)
      [sort (f a b) | f <- [ pares2
                           , pares3
                           , pares4
                           ]]
  
prop_pares2 :: Integer -> Integer -> Property
prop_pares2 a b =
  a > 0 && b > 0 ==>
  all (== pares1 a (a * b))
      [sort (f a (a * b)) | f <- [ pares2
                                 , pares3
                                 , pares4
                                 ]]
  
-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares2
--    +++ OK, passed 100 tests.
             
-- 1ª definición de nPares
-- =======================

nPares1 :: Integer -> Integer -> Integer
nPares1 a b = genericLength (pares4 a b)

-- 2ª definición de nPares
-- =======================

nPares2 :: Integer -> Integer -> Integer
nPares2 a b = 2^(length (nub (primeFactors (b `div` a))))

-- Comparación de eficiencia
--    λ> nPares1 3 (product [3,5..91])
--    8388608
--    (4.68 secs, 4,178,295,920 bytes)
--    λ> nPares2 3 (product [3,5..91])
--    8388608
--    (0.00 secs, 234,688 bytes)

-- Propiedad de equivalencia de nPares
-- ===================================

prop_nPares :: Integer -> Integer -> Property
prop_nPares a b =
  a > 0 && b > 0 ==>
  nPares1 a (a * b) == nPares2 a (a * b)
  
-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_nPares
--    +++ OK, passed 100 tests.

100

101

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168

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Data.List (genericLength, group, nub, sort, subsequences)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de pares

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

pares1 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

pares1 a b = [(x,y) | x <- [1..b]

, y <- [1..b]

, gcd x y == a

, lcm x y == b]

-- 2ª definición de pares

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

pares2 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

pares2 a b = [(x,y) | x <- [a,a+a..b]

, y <- [a,a+a..b]

, gcd x y == a

, lcm x y == b]

-- Comparacioń de eficiencia

-- λ> length (pares1 3 (product [3,5..11]))

-- 16

-- (95.12 secs, 86,534,165,528 bytes)

-- λ> length (pares2 3 (product [3,5..11]))

-- 16

-- (15.80 secs, 14,808,762,128 bytes)

-- 3ª definición de pares

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

pares3 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

pares3 a b = [(x,y) | x <- [a,a+a..b]

, c `rem` x == 0

, let y = c `div` x

, gcd x y == a

]

where c = a * b

-- Comparacioń de eficiencia

-- λ> length (pares2 3 (product [3,5..11]))

-- 16

-- (15.80 secs, 14,808,762,128 bytes)

-- λ> length (pares3 3 (product [3,5..11]))

-- 16

-- (0.01 secs, 878,104 bytes)

-- 4ª definición de pares

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

-- Para la cuarta definición de pares se observa la relación con los

-- factores primos

-- λ> [(primeFactors x, primeFactors y) | (x,y) <- pares1 2 12]

-- [([2],[2,2,3]),([2,2],[2,3]),([2,3],[2,2]),([2,2,3],[2])]

-- λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 12]

-- [[2],[2,2],[2,3],[2,2,3]]

-- λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 60]

-- [[2],[2,2],[2,3],[2,5],[2,2,3],[2,2,5],[2,3,5],[2,2,3,5]]

-- λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 6 60]

-- [[2,3],[2,2,3],[2,3,5],[2,2,3,5]]

-- λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 24]

-- [[2],[2,3],[2,2,2],[2,2,2,3]]

-- Se observa que cada pare se obtiene de uno de los subconjuntos de los

-- divisores primos de b/a. Por ejemplo,

-- λ> (a,b) = (2,24)

-- λ> b `div` a

-- 12

-- λ> primeFactors it

-- [2,2,3]

-- λ> group it

-- [[2,2],[3]]

-- λ> subsequences it

-- [[],[[2,2]],[[3]],[[2,2],[3]]]

-- λ> map concat it

-- [[],[2,2],[3],[2,2,3]]

-- λ> map product it

-- [1,4,3,12]

-- λ> [(a * x, b `div` x) | x <- it]

-- [(2,24),(8,6),(6,8),(24,2)]

-- A partir de la observación se construye la siguiente definición

pares4 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

pares4 a b

| b `mod` a /= 0 = []

| otherwise =

[(a * x, b `div` x)

| x <- map (product . concat)

((subsequences . group . primeFactors) (b `div` a))]

-- Nota. La función pares4 calcula el mismo conjunto que las anteriores,

-- pero no necesariamente en el mismo orde. Por ejemplo,

-- λ> pares3 2 60

-- [(2,60),(4,30),(6,20),(10,12),(12,10),(20,6),(30,4),(60,2)]

-- λ> pares4 2 60

-- [(2,60),(4,30),(6,20),(12,10),(10,12),(20,6),(30,4),(60,2)]

-- λ> pares3 2 60 == sort (pares4 2 60)

-- True

-- Comparacioń de eficiencia

-- λ> length (pares3 3 (product [3,5..17]))

-- 64

-- (4.44 secs, 2,389,486,440 bytes)

-- λ> length (pares4 3 (product [3,5..17]))

-- 64

-- (0.00 secs, 177,704 bytes)

-- Propiedades de equivalencia de pares

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

prop_pares :: Integer -> Integer -> Property

prop_pares a b =

a > 0 && b > 0 ==>

all (== pares1 a b)

[sort (f a b) | f <- [ pares2

, pares3

, pares4

]]

prop_pares2 :: Integer -> Integer -> Property

prop_pares2 a b =

a > 0 && b > 0 ==>

all (== pares1 a (a * b))

[sort (f a (a * b)) | f <- [ pares2

, pares3

, pares4

]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares2

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- 1ª definición de nPares

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

nPares1 :: Integer -> Integer -> Integer

nPares1 a b = genericLength (pares4 a b)

-- 2ª definición de nPares

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

nPares2 :: Integer -> Integer -> Integer

nPares2 a b = 2^(length (nub (primeFactors (b `div` a))))

-- Comparación de eficiencia

-- λ> nPares1 3 (product [3,5..91])

-- 8388608

-- (4.68 secs, 4,178,295,920 bytes)

-- λ> nPares2 3 (product [3,5..91])

-- 8388608

-- (0.00 secs, 234,688 bytes)

-- Propiedad de equivalencia de nPares

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

prop_nPares :: Integer -> Integer -> Property

prop_nPares a b =

a > 0 && b > 0 ==>

nPares1 a (a * b) == nPares2 a (a * b)

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_nPares

-- +++ OK, passed 100 tests.

Suma de subconjuntos

PorJosé A. Alonso 17-marzo-201724-marzo-2017

Los subconjuntos de [1, 4, 2] son

   [], [1], [4], [1, 4], [2], [1, 2], [4, 2], [1, 4, 2]

1	[], [1], [4], [1, 4], [2], [1, 2], [4, 2], [1, 4, 2]

Las sumas de sus elementos son

   0, 1, 4, 5, 2, 3, 6, 7

1	0, 1, 4, 5, 2, 3, 6, 7

Y la suma de las sumas es 28.

Definir la función

   sumaSubconjuntos :: [Integer] -> Integer

1	sumaSubconjuntos :: [Integer] -> Integer

tal que (sumaSubconjuntos xs) es la suma de las sumas de los
subconjuntos de xs. Por ejemplo,

   sumaSubconjuntos [1,2]                     == 6
   sumaSubconjuntos [1,4,2]                   == 28
   length (show (sumaSubconjuntos [1..10^6])) == 301042

sumaSubconjuntos [1,2] == 6

sumaSubconjuntos [1,4,2] == 28

length (show (sumaSubconjuntos [1..10^6])) == 301042

Soluciones

import Data.List (subsequences)

-- 1ª definición
sumaSubconjuntos :: [Integer] -> Integer
sumaSubconjuntos xs =
  sum [sum ys | ys <- subsequences xs]

-- 2ª definición
sumaSubconjuntos2 :: [Integer] -> Integer
sumaSubconjuntos2 =
  sum . map sum . subsequences

-- 3ª definición
sumaSubconjuntos3 :: [Integer] -> Integer
sumaSubconjuntos3 xs =
  2^(n-1) * sum xs
  where n = length xs

import Data.List (subsequences)

-- 1ª definición

sumaSubconjuntos :: [Integer] -> Integer

sumaSubconjuntos xs =

sum [sum ys | ys <- subsequences xs]

-- 2ª definición

sumaSubconjuntos2 :: [Integer] -> Integer

sumaSubconjuntos2 =

sum . map sum . subsequences

-- 3ª definición

sumaSubconjuntos3 :: [Integer] -> Integer

sumaSubconjuntos3 xs =

2^(n-1) * sum xs

where n = length xs

El problema 3SUM

Soluciones

Conjunto de funciones entre dos conjuntos

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