sum – Página 3 – Exercitium

Sucesiones alícuotas

PorJosé A. Alonso 28-febrero-20177-marzo-2017

La sucesión alícuota de un número x es la sucesión cuyo primer término es x y cada otro término es la suma de los divisores propios del término anterior. Por ejemplo, la sucesión alícuota de 10 es [10,8,7,1,0,0,0] ya que

   la suma de los divisores propios de 10 es 5 + 2 + 1 = 8
   la suma de los divisores propios de  8 es 4 + 2 + 1 = 7
   la suma de los divisores propios de  7 es 1
   la suma de los divisores propios de  1 es 0

la suma de los divisores propios de 10 es 5 + 2 + 1 = 8

la suma de los divisores propios de 8 es 4 + 2 + 1 = 7

la suma de los divisores propios de 7 es 1

la suma de los divisores propios de 1 es 0

Definir la función

   sucAlicuota :: Integer -> [Integer]

1	sucAlicuota :: Integer -> [Integer]

tal que (sucAlicuota x) es la sucesión alícuota de x. Por ejemplo,

   take 6 (sucAlicuota 10)       ==  [10,8,7,1,0,0]
   take 6 (sucAlicuota 95)       ==  [95,25,6,6,6,6]
   take 6 (sucAlicuota 220)      ==  [220,284,220,284,220,284]
   sucAlicuota 1184 !! (1+10^7)  ==  1210
   sucAlicuota 276 !! 200        ==  2790456740340877466506

take 6 (sucAlicuota 10) == [10,8,7,1,0,0]

take 6 (sucAlicuota 95) == [95,25,6,6,6,6]

take 6 (sucAlicuota 220) == [220,284,220,284,220,284]

sucAlicuota 1184 !! (1+10^7) == 1210

sucAlicuota 276 !! 200 == 2790456740340877466506

Soluciones

import Math.NumberTheory.ArithmeticFunctions (sigma)

-- 1ª definición
-- =============

sucAlicuota :: Integer -> [Integer]
sucAlicuota x = x : sucAlicuota (sumaDivisoresPropios x)

sumaDivisoresPropios :: Integer -> Integer
sumaDivisoresPropios x =
  sum [y | y <- [1..x-1], x `mod` y == 0]

-- 2ª definición
-- =============

sucAlicuota2 :: Integer -> [Integer]
sucAlicuota2 = iterate (sum . divisoresPropios)

divisoresPropios :: Integer -> [Integer]
divisoresPropios x = [y | y <- [1..x-1], x `mod` y == 0]

-- 3ª definición
-- =============

sucAlicuota3 :: Integer -> [Integer]
sucAlicuota3 x = aux x []
  where aux y ys | y `elem` ys = us ++ cycle zs
                 | otherwise   = aux (sumaDivisoresPropios y) (y:ys)
          where us = reverse ys
                zs = dropWhile (/=y) us

-- 4ª definición
-- =============

sucAlicuota4 :: Integer -> [Integer]
sucAlicuota4 x = x : sucAlicuota4 (sumaDivisoresPropios4 x)

sumaDivisoresPropios4 :: Integer -> Integer
sumaDivisoresPropios4 x =
  sigma 1 x - x

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

--    λ> sucAlicuota 1184 !! (1+10^3)
--    1210
--    (2.02 secs, 261,081,688 bytes)
--    λ> sucAlicuota2 1184 !! (1+10^3)
--    1210
--    (2.02 secs, 245,485,568 bytes)
--    λ> sucAlicuota3 1184 !! (1+10^3)
--    1210
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    λ> sucAlicuota4 1184 !! (1+10^3)
--    1210
--    (0.05 secs, 0 bytes)

import Math.NumberTheory.ArithmeticFunctions (sigma)

-- 1ª definición

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

sucAlicuota :: Integer -> [Integer]

sucAlicuota x = x : sucAlicuota (sumaDivisoresPropios x)

sumaDivisoresPropios :: Integer -> Integer

sumaDivisoresPropios x =

sum [y | y <- [1..x-1], x `mod` y == 0]

-- 2ª definición

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

sucAlicuota2 :: Integer -> [Integer]

sucAlicuota2 = iterate (sum . divisoresPropios)

divisoresPropios :: Integer -> [Integer]

divisoresPropios x = [y | y <- [1..x-1], x `mod` y == 0]

-- 3ª definición

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

sucAlicuota3 :: Integer -> [Integer]

sucAlicuota3 x = aux x []

where aux y ys | y `elem` ys = us ++ cycle zs

| otherwise = aux (sumaDivisoresPropios y) (y:ys)

where us = reverse ys

zs = dropWhile (/=y) us

-- 4ª definición

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

sucAlicuota4 :: Integer -> [Integer]

sucAlicuota4 x = x : sucAlicuota4 (sumaDivisoresPropios4 x)

sumaDivisoresPropios4 :: Integer -> Integer

sumaDivisoresPropios4 x =

sigma 1 x - x

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sucAlicuota 1184 !! (1+10^3)

-- 1210

-- (2.02 secs, 261,081,688 bytes)

-- λ> sucAlicuota2 1184 !! (1+10^3)

-- 1210

-- (2.02 secs, 245,485,568 bytes)

-- λ> sucAlicuota3 1184 !! (1+10^3)

-- 1210

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> sucAlicuota4 1184 !! (1+10^3)

-- 1210

-- (0.05 secs, 0 bytes)

Cálculo de pi mediante el método de Newton

PorJosé A. Alonso 24-febrero-201725-abril-2021

El método de Newton para el cálculo de pi se basa en la relación

y en el desarrollo del arco seno

de donde se obtiene la fórmula

La primeras aproximaciones son

   a(0) = 6*(1/2)                               = 3.0
   a(1) = 6*(1/2+1/(2*3*2^3))                   = 3.125
   a(2) = 6*(1/2+1/(2*3*2^3)+(1*3)/(2*4*5*2^5)) = 3.1390625

a(0) = 6*(1/2) = 3.0

a(1) = 6*(1/2+1/(2*3*2^3)) = 3.125

a(2) = 6*(1/2+1/(2*3*2^3)+(1*3)/(2*4*5*2^5)) = 3.1390625

Definir las funciones

   aproximacionPi :: Int -> Double
   grafica        :: [Int] -> IO ()

1 2	aproximacionPi :: Int -> Double grafica :: [Int] -> IO ()

tales que

(aproximacionPi n) es la n-ésima aproximación de pi con la fórmula de Newton. Por ejemplo,

     aproximacionPi 0   ==  3.0
     aproximacionPi 1   ==  3.125
     aproximacionPi 2   ==  3.1390625
     aproximacionPi 10  ==  3.1415926468755613
     aproximacionPi 21  ==  3.141592653589793
     pi                 ==  3.141592653589793

aproximacionPi 0 == 3.0

aproximacionPi 1 == 3.125

aproximacionPi 2 == 3.1390625

aproximacionPi 10 == 3.1415926468755613

aproximacionPi 21 == 3.141592653589793

pi == 3.141592653589793

(grafica xs) dibuja la gráfica de las k-ésimas aproximaciones de pi donde k toma los valores de la lista xs. Por ejemplo, (grafica [1..30]) dibuja

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Manuel Herrera.

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición
-- =============

aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = 6 * arcsinX
  where arcsinX = 0.5 + sum (take n factoresN)

factoresN :: [Double]
factoresN = zipWith (*) (potenciasK 3) fraccionesPI

potenciasK :: Double -> [Double]
potenciasK k = (0.5**k)/k : potenciasK (k+2)

fraccionesPI :: [Double]
fraccionesPI =
  scanl (*) (1/2) (tail (zipWith (/) [1,3..] [2,4..]))

-- 2ª definición
-- =============

aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 n = 6 * (serie !! n)

serie :: [Double]
serie = scanl1 (+) (zipWith (/)
                            (map fromIntegral numeradores)
                            (map fromIntegral denominadores))
  where numeradores    = 1 : scanl1 (*) [1,3..]
        denominadores  = zipWith (*) denominadores1 denominadores2
        denominadores1 = 2 : scanl1 (*) [2,4..]
        denominadores2 = 1 : [n * 2^n | n <- [3,5..]]

grafica :: [Int] -> IO ()
grafica xs = 
    plotList [Key Nothing]
             [(k,aproximacionPi k) | k <- xs]

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición

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

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n = 6 * arcsinX

where arcsinX = 0.5 + sum (take n factoresN)

factoresN :: [Double]

factoresN = zipWith (*) (potenciasK 3) fraccionesPI

potenciasK :: Double -> [Double]

potenciasK k = (0.5**k)/k : potenciasK (k+2)

fraccionesPI :: [Double]

fraccionesPI =

scanl (*) (1/2) (tail (zipWith (/) [1,3..] [2,4..]))

-- 2ª definición

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

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 n = 6 * (serie !! n)

serie :: [Double]

serie = scanl1 (+) (zipWith (/)

(map fromIntegral numeradores)

(map fromIntegral denominadores))

where numeradores = 1 : scanl1 (*) [1,3..]

denominadores = zipWith (*) denominadores1 denominadores2

denominadores1 = 2 : scanl1 (*) [2,4..]

denominadores2 = 1 : [n * 2^n | n <- [3,5..]]

grafica :: [Int] -> IO ()

grafica xs =

plotList [Key Nothing]

[(k,aproximacionPi k) | k <- xs]

Cálculo de pi mediante los métodos de Gregory-Leibniz y de Beeler

PorJosé A. Alonso 23-febrero-201726-marzo-2022

La fórmula de Gregory-Leibniz para calcular pi es

y la de Beeler es

Definir las funciones

   aproximaPiGL     :: Int -> Double
   aproximaPiBeeler :: Int -> Double
   graficas         :: [Int] -> IO ()

aproximaPiGL :: Int -> Double

aproximaPiBeeler :: Int -> Double

graficas :: [Int] -> IO ()

tales que

(aproximaPiGL n) es la aproximación de pi con los primeros n términos de la fórmula de Gregory-Leibniz. Por ejemplo,

     aproximaPiGL 1       ==  4.0
     aproximaPiGL 2       ==  2.666666666666667
     aproximaPiGL 3       ==  3.466666666666667
     aproximaPiGL 10      ==  3.0418396189294032
     aproximaPiGL 100     ==  3.1315929035585537
     aproximaPiGL 1000    ==  3.140592653839794
     aproximaPiGL 10000   ==  3.1414926535900345
     aproximaPiGL 100000  ==  3.1415826535897198

aproximaPiGL 1 == 4.0

aproximaPiGL 2 == 2.666666666666667

aproximaPiGL 3 == 3.466666666666667

aproximaPiGL 10 == 3.0418396189294032

aproximaPiGL 100 == 3.1315929035585537

aproximaPiGL 1000 == 3.140592653839794

aproximaPiGL 10000 == 3.1414926535900345

aproximaPiGL 100000 == 3.1415826535897198

(aproximaPiBeeler n) es la aproximación de pi con los primeros n términos de la fórmula de Beeler. Por ejemplo,

     aproximaPiBeeler 1   ==  2.0
     aproximaPiBeeler 2   ==  2.6666666666666665
     aproximaPiBeeler 3   ==  2.933333333333333
     aproximaPiBeeler 10  ==  3.140578169680337
     aproximaPiBeeler 60  ==  3.141592653589793
     pi                   ==  3.141592653589793

aproximaPiBeeler 1 == 2.0

aproximaPiBeeler 2 == 2.6666666666666665

aproximaPiBeeler 3 == 2.933333333333333

aproximaPiBeeler 10 == 3.140578169680337

aproximaPiBeeler 60 == 3.141592653589793

pi == 3.141592653589793

(graficas xs) dibuja la gráfica de las k-ésimas aproximaciones de pi, donde k toma los valores de la lista xs, con las fórmulas de Gregory-Leibniz y de Beeler. Por ejemplo, (graficas [1..25]) dibuja

donde la línea morada corresponde a la aproximación de Gregory-Leibniz y la verde a la de Beeler.

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Enrique Naranjo.

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definiciones de aproximaPiGL
-- ============================

-- 1ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL :: Int -> Double
aproximaPiGL n = 4 * (sum . take n . sumaA . zipWith (/) [1,1..]) [1,3..]
  where sumaA (x:y:xs) = x:(-y):sumaA xs

-- 2ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL2 :: Int -> Double
aproximaPiGL2 n =
  4 * (sum (take n (zipWith (/) (cycle [1,-1]) [1,3..])))

-- 3ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL3 :: Int -> Double
aproximaPiGL3 n =
  4 * (sum . take n . zipWith (/) (cycle [1,-1])) [1,3..]

-- 4ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL4 :: Int -> Double
aproximaPiGL4 n = serieGL !! (n-1)

serieGL :: [Double]
serieGL = scanl1 (+) (zipWith (/) numeradores denominadores)
  where numeradores   = cycle [4,-4]
        denominadores = [1,3..]

-- Definición de aproximaPiBeeler
aproximaPiBeeler :: Int -> Double
aproximaPiBeeler n = 2 * aux (fromIntegral n) 1
  where
    aux :: Double -> Double -> Double 
    aux n k | n == k    = 1
            | otherwise = 1 + (k/(2*k+1)) * aux n (1+k)

-- Definición de graficas
graficas :: [Int] -> IO ()
graficas xs = 
    plotLists [Key Nothing]
             [[(k,aproximaPiGL k)     | k <- xs],
              [(k,aproximaPiBeeler k) | k <- xs]]

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definiciones de aproximaPiGL

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

-- 1ª definición de aproximaPiGL

aproximaPiGL :: Int -> Double

aproximaPiGL n = 4 * (sum . take n . sumaA . zipWith (/) [1,1..]) [1,3..]

where sumaA (x:y:xs) = x:(-y):sumaA xs

-- 2ª definición de aproximaPiGL

aproximaPiGL2 :: Int -> Double

aproximaPiGL2 n =

4 * (sum (take n (zipWith (/) (cycle [1,-1]) [1,3..])))

-- 3ª definición de aproximaPiGL

aproximaPiGL3 :: Int -> Double

aproximaPiGL3 n =

4 * (sum . take n . zipWith (/) (cycle [1,-1])) [1,3..]

-- 4ª definición de aproximaPiGL

aproximaPiGL4 :: Int -> Double

aproximaPiGL4 n = serieGL !! (n-1)

serieGL :: [Double]

serieGL = scanl1 (+) (zipWith (/) numeradores denominadores)

where numeradores = cycle [4,-4]

denominadores = [1,3..]

-- Definición de aproximaPiBeeler

aproximaPiBeeler :: Int -> Double

aproximaPiBeeler n = 2 * aux (fromIntegral n) 1

where

aux :: Double -> Double -> Double

aux n k | n == k = 1

| otherwise = 1 + (k/(2*k+1)) * aux n (1+k)

-- Definición de graficas

graficas :: [Int] -> IO ()

graficas xs =

plotLists [Key Nothing]

[[(k,aproximaPiGL k) | k <- xs],

[(k,aproximaPiBeeler k) | k <- xs]]

Cálculo de pi mediante la variante de Euler de la serie armónica

PorJosé A. Alonso 21-febrero-201726-marzo-2022

En el artículo El desarrollo más bello de Pi como suma infinita, Miguel Ángel Morales comenta el desarrollo de pi publicado por Leonhard Euler en su libro «Introductio in Analysis Infinitorum» (1748).

El desarrollo es el siguiente

y se obtiene a partir de la serie armónica

modificando sólo el signo de algunos términos según el siguiente criterio:

Dejamos un + cuando el denominador de la fracción sea un 2 o un primo de la forma 4m-1.
Cambiamos a – si el denominador de la fracción es un primo de la forma 4m+1.
Si el número es compuesto ponemos el signo que quede al multiplicar los signos correspondientes a cada factor.

Por ejemplo,

la de denominador 3 = 4×1-1 lleva un +,
la de denominador 5 = 4×1+1 lleva un -,
la de denominador 13 = 4×3+1 lleva un -,
la de denominador 6 = 2×3 lleva un + (porque los dos llevan un +),
la de denominador 10 = 2×5 lleva un – (porque el 2 lleva un + y el 5 lleva un -) y
la de denominador 50 = 5x5x2 lleva un + (un – por el primer 5, otro – por el segundo 5 y un + por el 2).

Definir las funciones

  aproximacionPi :: Int -> Double
  grafica        :: Int -> IO ()

1 2	aproximacionPi :: Int -> Double grafica :: Int -> IO ()

tales que

(aproximacionPi n) es la aproximación de pi obtenida sumando los n primeros términos de la serie de Euler. Por ejemplo.

     aproximacionPi 1        ==  1.0
     aproximacionPi 10       ==  2.3289682539682537
     aproximacionPi 100      ==  2.934318000847734
     aproximacionPi 1000     ==  3.0603246224585128
     aproximacionPi 10000    ==  3.1105295744825403
     aproximacionPi 100000   ==  3.134308801935256
     aproximacionPi 1000000  ==  3.1395057903490806

aproximacionPi 1 == 1.0

aproximacionPi 10 == 2.3289682539682537

aproximacionPi 100 == 2.934318000847734

aproximacionPi 1000 == 3.0603246224585128

aproximacionPi 10000 == 3.1105295744825403

aproximacionPi 100000 == 3.134308801935256

aproximacionPi 1000000 == 3.1395057903490806

(grafica n) dibuja la gráfica de las aproximaciones de pi usando k sumando donde k toma los valores de la lista [100,110..n]. Por ejemplo, al evaluar (grafica 4000) se obtiene

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Paula Macías.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición
-- =============

aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n =
  sum [1 / fromIntegral (k * signo k) | k <- [1..n]] 

signoPrimo :: Int -> Int
signoPrimo 2 = 1
signoPrimo p | p `mod` 4 == 3 = 1
             | otherwise      = -1

signo :: Int -> Int
signo n | isPrime n = signoPrimo n
        | otherwise = product (map signoPrimo (primeFactors n))

-- 2ª definición
-- =============

aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 n = serieEuler !! (n-1)

serieEuler :: [Double]
serieEuler =
  scanl1 (+) [1 / fromIntegral (n * signo n) | n <- [1..]]

-- Definición de grafica
-- =====================

grafica :: Int -> IO ()
grafica n = 
    plotList [Key Nothing]
             [(k,aproximacionPi2 k) | k <- [100,110..n]]

import Data.Numbers.Primes

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición

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

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n =

sum [1 / fromIntegral (k * signo k) | k <- [1..n]]

signoPrimo :: Int -> Int

signoPrimo 2 = 1

signoPrimo p | p `mod` 4 == 3 = 1

| otherwise = -1

signo :: Int -> Int

signo n | isPrime n = signoPrimo n

| otherwise = product (map signoPrimo (primeFactors n))

-- 2ª definición

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

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 n = serieEuler !! (n-1)

serieEuler :: [Double]

serieEuler =

scanl1 (+) [1 / fromIntegral (n * signo n) | n <- [1..]]

-- Definición de grafica

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

grafica :: Int -> IO ()

grafica n =

plotList [Key Nothing]

[(k,aproximacionPi2 k) | k <- [100,110..n]]

Regresión lineal

PorJosé A. Alonso 20-febrero-201726-marzo-2022

Dadas dos listas de valores

   xs = [x(1), x(2), ..., x(n)]
   ys = [y(1), y(2), ..., y(n)]

1 2	xs = [x(1), x(2), ..., x(n)] ys = [y(1), y(2), ..., y(n)]

la ecuación de la recta de regresión de ys sobre xs es y = a+bx, donde

   b = (nΣx(i)y(i) - Σx(i)Σy(i)) / (nΣx(i)² - (Σx(i))²)
   a = (Σy(i) - bΣx(i)) / n

1 2	b = (nΣx(i)y(i) - Σx(i)Σy(i)) / (nΣx(i)² - (Σx(i))²) a = (Σy(i) - bΣx(i)) / n

Definir la función

   regresionLineal :: [Double] -> [Double] -> (Double,Double)

1	regresionLineal :: [Double] -> [Double] -> (Double,Double)

tal que (regresionLineal xs ys) es el par (a,b) de los coeficientes de la recta de regresión de ys sobre xs. Por ejemplo, para los valores

   ejX, ejY :: [Double]
   ejX = [5,  7, 10, 12, 16, 20, 23, 27, 19, 14]
   ejY = [9, 11, 15, 16, 20, 24, 27, 29, 22, 20]

ejX, ejY :: [Double]

ejX = [5, 7, 10, 12, 16, 20, 23, 27, 19, 14]

ejY = [9, 11, 15, 16, 20, 24, 27, 29, 22, 20]

se tiene

   λ> regresionLineal ejX ejY
   (5.195045748716805,0.9218924347243919)

1 2	λ> regresionLineal ejX ejY (5.195045748716805,0.9218924347243919)

Para comprobar la definición, se importa la librería Graphics.Gnuplot.Simple y se define el procedimiento

   grafica :: [Double] -> [Double] -> IO ()
   grafica xs ys = 
       plotPathsStyle 
         [YRange (0,10+mY)] 
         [(defaultStyle {plotType = Points,
                         lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Datos",
                                                 PointType 2,
                                                 PointSize 2.5]},
                        zip xs ys),
          (defaultStyle {plotType = Lines,
                         lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Ajuste",
                                                 LineWidth 2]},
                        [(x,a+b*x) | x <- [0..mX]])]
       where (a,b) = regresionLineal xs ys                      
             mX    = maximum xs
             mY    = maximum ys

grafica :: [Double] -> [Double] -> IO ()

grafica xs ys =

plotPathsStyle

[YRange (0,10+mY)]

[(defaultStyle {plotType = Points,

lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Datos",

PointType 2,

PointSize 2.5]},

zip xs ys),

(defaultStyle {plotType = Lines,

lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Ajuste",

LineWidth 2]},

[(x,a+b*x) | x <- [0..mX]])]

where (a,b) = regresionLineal xs ys

mX = maximum xs

mY = maximum ys

tal que (grafica xs ys) pinta los puntos correspondientes a las listas de valores xs e ys y su recta de regresión. Por ejemplo, con (grafica ejX ejY) se obtiene el siguiente dibujo

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Graphics.Gnuplot.Simple

ejX, ejY :: [Double]
ejX = [5,  7, 10, 12, 16, 20, 23, 27, 19, 14]
ejY = [9, 11, 15, 16, 20, 24, 27, 29, 22, 20]

regresionLineal :: [Double] -> [Double] -> (Double,Double)
regresionLineal xs ys = (a,b)
    where n     = genericLength xs
          sumX  = sum xs
          sumY  = sum ys
          sumX2 = sum (zipWith (*) xs xs)
          sumY2 = sum (zipWith (*) ys ys)
          sumXY = sum (zipWith (*) xs ys)
          b     = (n*sumXY - sumX*sumY) / (n*sumX2 - sumX^2)
          a     = (sumY - b*sumX) / n

grafica :: [Double] -> [Double] -> IO ()
grafica xs ys = 
    plotPathsStyle 
      [YRange (0,10+mY)] 
      [(defaultStyle {plotType = Points,
                      lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Datos",
                                              PointType 2,
                                              PointSize 2.5]},
                     zip xs ys),
       (defaultStyle {plotType = Lines,
                      lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Ajuste",
                                              LineWidth 2]},
                     [(x,a+b*x) | x <- [0..mX]])]
    where (a,b) = regresionLineal xs ys                      
          mX    = maximum xs
          mY    = maximum ys

import Data.List (genericLength)

import Graphics.Gnuplot.Simple

ejX, ejY :: [Double]

ejX = [5, 7, 10, 12, 16, 20, 23, 27, 19, 14]

ejY = [9, 11, 15, 16, 20, 24, 27, 29, 22, 20]

regresionLineal :: [Double] -> [Double] -> (Double,Double)

regresionLineal xs ys = (a,b)

where n = genericLength xs

sumX = sum xs

sumY = sum ys

sumX2 = sum (zipWith (*) xs xs)

sumY2 = sum (zipWith (*) ys ys)

sumXY = sum (zipWith (*) xs ys)

b = (n*sumXY - sumX*sumY) / (n*sumX2 - sumX^2)

a = (sumY - b*sumX) / n

grafica :: [Double] -> [Double] -> IO ()

grafica xs ys =

plotPathsStyle

[YRange (0,10+mY)]

[(defaultStyle {plotType = Points,

lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Datos",

PointType 2,

PointSize 2.5]},

zip xs ys),

(defaultStyle {plotType = Lines,

lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Ajuste",

LineWidth 2]},

[(x,a+b*x) | x <- [0..mX]])]

where (a,b) = regresionLineal xs ys

mX = maximum xs

mY = maximum ys

Caminos en un árbol binario con suma dada

PorJosé A. Alonso 10-febrero-201717-febrero-2017

Los árboles binarios se pueden representar con el de tipo de dato algebraico

   data Arbol = H
              | N Int Arbol Arbol
     deriving Show

data Arbol = H

| N Int Arbol Arbol

deriving Show

Por ejemplo, los árboles

       3                7                 1
      / \              / \               /  \
     2   4            5   8             /    \
    / \   \          /   / \           /      \
   1   7   5        6   4   9         3       -1
                                     / \     /  \
                                    2   1   4    5                        
                                       /   / \    \                    
                                      1   1   2    6

3 7 1

/ \ / \ / \

2 4 5 8 / \

/ \ \ / / \ / \

1 7 5 6 4 9 3 -1

/ \ / \

2 1 4 5

/ / \ \

1 1 2 6

se representan por

   ej1, ej2, ej3 :: Arbol
   ej1 = N 3 (N 2 (N 1 H H) (N 7 H H)) (N 4 H (N 5 H H))
   ej2 = N 7 (N 5 (N 6 H H) H) (N 8 (N 4 H H) (N 9 H H))
   ej3 = N 1 (N 3 (N 2 H H) (N 1 (N 1 H H) H))
             (N (-1) (N 4 (N 1 H H) (N 2 H H)) (N 5 H (N 6 H H)))

ej1, ej2, ej3 :: Arbol

ej1 = N 3 (N 2 (N 1 H H) (N 7 H H)) (N 4 H (N 5 H H))

ej2 = N 7 (N 5 (N 6 H H) H) (N 8 (N 4 H H) (N 9 H H))

ej3 = N 1 (N 3 (N 2 H H) (N 1 (N 1 H H) H))

(N (-1) (N 4 (N 1 H H) (N 2 H H)) (N 5 H (N 6 H H)))

Definir las funciones

   caminos     :: Arbol -> [[Int]]
   caminosSuma :: Arbol -> Int -> [[Int]]

1 2	caminos :: Arbol -> [[Int]] caminosSuma :: Arbol -> Int -> [[Int]]

tales que

(caminos a) es la lista de los caminos entre dos nodos cualesquiera del árbol a. Por ejemplo,

     λ> caminos ej1
     [[3],[3,2],[3,2,1],[3,2,7],[3,4],[3,4,5],
      [2],[2,1],[2,7],[1],[7],[4],[4,5],[5]]
     λ> caminos ej2
     [[7],[7,5],[7,5,6],[7,8],[7,8,4],[7,8,9],
      [5],[5,6],[6],[8],[8,4],[8,9],[4],[9]]
     λ> length (caminos ej3)
     33

λ> caminos ej1

[[3],[3,2],[3,2,1],[3,2,7],[3,4],[3,4,5],

[2],[2,1],[2,7],[1],[7],[4],[4,5],[5]]

λ> caminos ej2

[[7],[7,5],[7,5,6],[7,8],[7,8,4],[7,8,9],

[5],[5,6],[6],[8],[8,4],[8,9],[4],[9]]

λ> length (caminos ej3)

(caminosSuma a k) es la lista de los caminos entre dos nodos cualesquiera del árbol a cuya suma es k. Por ejemplo,

     λ> caminosSuma ej1 3
     [[3],[2,1]]
     λ> caminosSuma ej3 3
     [[3],[-1,4]]
     λ> caminosSuma ej3 4
     [[1,3],[1,-1,4],[3,1],[-1,4,1],[-1,5],[4]]
     λ> caminosSuma ej3 5
     [[1,3,1],[1,-1,4,1],[1,-1,5],[3,2],[3,1,1],[-1,4,2],[4,1],[5]]
     λ> caminosSuma ej3 6
     [[1,3,2],[1,3,1,1],[1,-1,4,2],[4,2],[6]]
     λ> caminosSuma ej3 7
     []

λ> caminosSuma ej1 3

[[3],[2,1]]

λ> caminosSuma ej3 3

[[3],[-1,4]]

λ> caminosSuma ej3 4

[[1,3],[1,-1,4],[3,1],[-1,4,1],[-1,5],[4]]

λ> caminosSuma ej3 5

[[1,3,1],[1,-1,4,1],[1,-1,5],[3,2],[3,1,1],[-1,4,2],[4,1],[5]]

λ> caminosSuma ej3 6

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

λ> caminosSuma ej3 7

[]

Soluciones

data Arbol = H
           | N Int Arbol Arbol
  deriving Show

ej1, ej2, ej3 :: Arbol
ej1 = N 3 (N 2 (N 1 H H) (N 7 H H)) (N 4 H (N 5 H H))
ej2 = N 7 (N 5 (N 6 H H) H) (N 8 (N 4 H H) (N 9 H H))
ej3 = N 1 (N 3 (N 2 H H) (N 1 (N 1 H H) H))
          (N (-1) (N 4 (N 1 H H) (N 2 H H)) (N 5 H (N 6 H H)))
  
caminos :: Arbol -> [[Int]]
caminos H           = []
caminos a@(N r i d) = caminosDesdeRaiz a ++ caminos i ++ caminos d

-- (caminosDesdeRaiz a) es la lista de las caminosDesdeRaiz desde la
-- raíz de a hasta cualquiera de sus nodos. Por ejemplo.
--    λ> caminosDesdeRaiz ej1
--    [[3],[3,2],[3,2,1],[3,2,7],[3,4],[3,4,5]]
--    λ> caminosDesdeRaiz ej2
--    [[7],[7,5],[7,5,6],[7,8],[7,8,4],[7,8,9]]
caminosDesdeRaiz :: Arbol -> [[Int]]
caminosDesdeRaiz H = []
caminosDesdeRaiz (N x i d) =
  [x] : [x:ys | ys <- caminosDesdeRaiz i ++ caminosDesdeRaiz d]

caminosSuma :: Arbol -> Int -> [[Int]]
caminosSuma a k =
  [ys | ys <- caminos a
      , sum ys == k]

data Arbol = H

| N Int Arbol Arbol

deriving Show

ej1, ej2, ej3 :: Arbol

ej1 = N 3 (N 2 (N 1 H H) (N 7 H H)) (N 4 H (N 5 H H))

ej2 = N 7 (N 5 (N 6 H H) H) (N 8 (N 4 H H) (N 9 H H))

ej3 = N 1 (N 3 (N 2 H H) (N 1 (N 1 H H) H))

(N (-1) (N 4 (N 1 H H) (N 2 H H)) (N 5 H (N 6 H H)))

caminos :: Arbol -> [[Int]]

caminos H = []

caminos a@(N r i d) = caminosDesdeRaiz a ++ caminos i ++ caminos d

-- (caminosDesdeRaiz a) es la lista de las caminosDesdeRaiz desde la

-- raíz de a hasta cualquiera de sus nodos. Por ejemplo.

-- λ> caminosDesdeRaiz ej1

-- [[3],[3,2],[3,2,1],[3,2,7],[3,4],[3,4,5]]

-- λ> caminosDesdeRaiz ej2

-- [[7],[7,5],[7,5,6],[7,8],[7,8,4],[7,8,9]]

caminosDesdeRaiz :: Arbol -> [[Int]]

caminosDesdeRaiz H = []

caminosDesdeRaiz (N x i d) =

[x] : [x:ys | ys <- caminosDesdeRaiz i ++ caminosDesdeRaiz d]

caminosSuma :: Arbol -> Int -> [[Int]]

caminosSuma a k =

[ys | ys <- caminos a

, sum ys == k]

Referencia

Basado en Print all k-sum paths in a binary tree de GeeksforGeeks.

Máxima potencia que divide al factorial

PorJosé A. Alonso 26-enero-20172-febrero-2017

La máxima potencia de 2 que divide al factorial de 5 es 3, ya que 5! = 120, 120 es divisible por 2^3 y no lo es por 2^4.

Definir la función

   maxPotDivFact :: Integer -> Integer -> Integer

1	maxPotDivFact :: Integer -> Integer -> Integer

tal que (maxPotDivFact p n), para cada primo p, es el mayor k tal que p^k divide al factorial de n. Por ejemplo,

   maxPotDivFact 2 5       ==  3
   maxPotDivFact 3 6       ==  2
   maxPotDivFact 2 10      ==  8
   maxPotDivFact 3 10      ==  4
   maxPotDivFact 2 (10^2)  ==  97
   maxPotDivFact 2 (10^3)  ==  994
   maxPotDivFact 2 (10^4)  ==  9995
   maxPotDivFact 2 (10^5)  ==  99994
   maxPotDivFact 2 (10^6)  ==  999993
   maxPotDivFact 3 (10^5)  ==  49995
   maxPotDivFact 3 (10^6)  ==  499993
   maxPotDivFact 7 (10^5)  ==  16662
   maxPotDivFact 7 (10^6)  ==  166664
   length (show (maxPotDivFact 2 (10^20000)))  ==  20000

maxPotDivFact 2 5 == 3

maxPotDivFact 3 6 == 2

maxPotDivFact 2 10 == 8

maxPotDivFact 3 10 == 4

maxPotDivFact 2 (10^2) == 97

maxPotDivFact 2 (10^3) == 994

maxPotDivFact 2 (10^4) == 9995

maxPotDivFact 2 (10^5) == 99994

maxPotDivFact 2 (10^6) == 999993

maxPotDivFact 3 (10^5) == 49995

maxPotDivFact 3 (10^6) == 499993

maxPotDivFact 7 (10^5) == 16662

maxPotDivFact 7 (10^6) == 166664

length (show (maxPotDivFact 2 (10^20000))) == 20000

Soluciones

import Data.List (genericIndex, genericTake)
import Data.Numbers.Primes (primes)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
maxPotDivFact :: Integer -> Integer -> Integer
maxPotDivFact p n =
  head [k | k <- [0..], f `mod` (p^k) /= 0] - 1
  where f = product [1..n]

-- 1ª definición
maxPotDivFact2 :: Integer -> Integer -> Integer
maxPotDivFact2 p n
  | n < p     = 0
  | otherwise = m + maxPotDivFact2 p m
  where m = n `div` p  
  
-- 3ª definición
maxPotDivFact3 :: Integer -> Integer -> Integer
maxPotDivFact3 p = sum . takeWhile (> 0) . tail . iterate (`div` p)

-- Comparación de eficiencia
--    λ> maxPotDivFact 2 (10^4)
--    9995
--    (5.47 secs, 161,040,624 bytes)
--    λ> maxPotDivFact2 2 (10^4)
--    9995
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    λ> maxPotDivFact2 2 (10^4)
--    9995
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--
--    λ> length (show (maxPotDivFact2 2 (10^20000)))
--    20000
--    (1.93 secs, 592,168,544 bytes)
--    λ> length (show (maxPotDivFact3 2 (10^20000)))
--    20000
--    (2.93 secs, 861,791,504 bytes)

import Data.List (genericIndex, genericTake)

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

maxPotDivFact :: Integer -> Integer -> Integer

maxPotDivFact p n =

head [k | k <- [0..], f `mod` (p^k) /= 0] - 1

where f = product [1..n]

-- 1ª definición

maxPotDivFact2 :: Integer -> Integer -> Integer

maxPotDivFact2 p n

| n < p = 0

| otherwise = m + maxPotDivFact2 p m

where m = n `div` p

-- 3ª definición

maxPotDivFact3 :: Integer -> Integer -> Integer

maxPotDivFact3 p = sum . takeWhile (> 0) . tail . iterate (`div` p)

-- Comparación de eficiencia

-- λ> maxPotDivFact 2 (10^4)

-- 9995

-- (5.47 secs, 161,040,624 bytes)

-- λ> maxPotDivFact2 2 (10^4)

-- 9995

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> maxPotDivFact2 2 (10^4)

-- 9995

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> length (show (maxPotDivFact2 2 (10^20000)))

-- 20000

-- (1.93 secs, 592,168,544 bytes)

-- λ> length (show (maxPotDivFact3 2 (10^20000)))

-- 20000

-- (2.93 secs, 861,791,504 bytes)

Sumas y restas alternativas

PorJosé A. Alonso 9-enero-201716-enero-2017

Definir la función

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

1	sumasYrestas :: Num a => [a] -> a

tal que (sumasYrestas xs) es el resultado de alternativamente los elementos de xs. Por ejemplo,

   sumasYrestas [3,2,4,1,7] = 3 - 2 + 4 - 1 + 7
                            = 11

1 2	sumasYrestas [3,2,4,1,7] = 3 - 2 + 4 - 1 + 7 = 11

Otros ejemplos,

   sumasYrestas [3,2,4]              ==  5
   sumasYrestas [3,2,4,1]            ==  4
   sumasYrestas [3,2,4,1,7]          ==  11
   sumasYrestas (replicate (10^6) 1) ==  0

sumasYrestas [3,2,4] == 5

sumasYrestas [3,2,4,1] == 4

sumasYrestas [3,2,4,1,7] == 11

sumasYrestas (replicate (10^6) 1) == 0

Soluciones

-- 1ª definición
sumasYrestas1 :: Num a => [a] -> a
sumasYrestas1 []       = 0
sumasYrestas1 [x]      = x
sumasYrestas1 (x:y:xs) = x - y + sumasYrestas1 xs

-- 2ª definición
sumasYrestas2 :: Num a => [a] -> a
sumasYrestas2 xs = aux 1 xs
  where aux _ []     = 0
        aux n (y:ys) = n * y + aux (-n) ys

-- 3ª definición
sumasYrestas3 :: Num a => [a] -> a
sumasYrestas3 xs = auxS 0 xs
  where auxS v []       = v
        auxS v [x]      = v + x
        auxS v (x:y:xs) = auxS (v+x-y) xs

-- 4ª definición
sumasYrestas4 :: Num a => [a] -> a
sumasYrestas4 xs =
  sum (zipWith (*) xs [(-1)^n | n <- [0..]])

-- 5ª definición
sumasYrestas5 :: Num a => [a] -> a
sumasYrestas5 = sum . zipWith (*) (cycle [1,-1])

-- 6ª definición
sumasYrestas6 :: Num a => [a] -> a
sumasYrestas6 = foldr (-) 0

-- Comparación de eficiencia
--    λ> sumasYrestas1 (replicate (10^6) 1)
--    0
--    (1.50 secs, 171,623,648 bytes)
--    λ> sumasYrestas2 (replicate (10^6) 1)
--    0
--    (3.78 secs, 382,691,856 bytes)
--    λ> sumasYrestas3 (replicate (10^6) 1)
--    0
--    (1.39 secs, 204,404,024 bytes)
--    λ> sumasYrestas4 (replicate (10^6) 1)
--    0
--    (16.04 secs, 5,727,351,024 bytes)
--    λ> sumasYrestas5 (replicate (10^6) 1)
--    0
--    (1.39 secs, 235,770,344 bytes)
--    λ> sumasYrestas6 (replicate (10^6) 1)
--    0
--    (0.53 secs, 142,802,656 bytes)

-- 1ª definición

sumasYrestas1 :: Num a => [a] -> a

sumasYrestas1 [] = 0

sumasYrestas1 [x] = x

sumasYrestas1 (x:y:xs) = x - y + sumasYrestas1 xs

-- 2ª definición

sumasYrestas2 :: Num a => [a] -> a

sumasYrestas2 xs = aux 1 xs

where aux _ [] = 0

aux n (y:ys) = n * y + aux (-n) ys

-- 3ª definición

sumasYrestas3 :: Num a => [a] -> a

sumasYrestas3 xs = auxS 0 xs

where auxS v [] = v

auxS v [x] = v + x

auxS v (x:y:xs) = auxS (v+x-y) xs

-- 4ª definición

sumasYrestas4 :: Num a => [a] -> a

sumasYrestas4 xs =

sum (zipWith (*) xs [(-1)^n | n <- [0..]])

-- 5ª definición

sumasYrestas5 :: Num a => [a] -> a

sumasYrestas5 = sum . zipWith (*) (cycle [1,-1])

-- 6ª definición

sumasYrestas6 :: Num a => [a] -> a

sumasYrestas6 = foldr (-) 0

-- Comparación de eficiencia

-- λ> sumasYrestas1 (replicate (10^6) 1)

-- 0

-- (1.50 secs, 171,623,648 bytes)

-- λ> sumasYrestas2 (replicate (10^6) 1)

-- 0

-- (3.78 secs, 382,691,856 bytes)

-- λ> sumasYrestas3 (replicate (10^6) 1)

-- 0

-- (1.39 secs, 204,404,024 bytes)

-- λ> sumasYrestas4 (replicate (10^6) 1)

-- 0

-- (16.04 secs, 5,727,351,024 bytes)

-- λ> sumasYrestas5 (replicate (10^6) 1)

-- 0

-- (1.39 secs, 235,770,344 bytes)

-- λ> sumasYrestas6 (replicate (10^6) 1)

-- 0

-- (0.53 secs, 142,802,656 bytes)

Día de la semana

PorJosé A. Alonso 21-diciembre-201628-diciembre-2016

Definir la función

   dia :: Int -> Int -> Int -> String

1	dia :: Int -> Int -> Int -> String

tal que (dia d m a) es el día de la semana correspondiente al día d del mes m del año a. Por ejemplo,

   dia 21 12 2016  ==  "Miercoles"
   dia 14  4 1936  ==  "Martes"

1 2	dia 21 12 2016 == "Miercoles" dia 14 4 1936 == "Martes"

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Miguel Ibáñez.

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========

-- Comentario: usar que el 1-1-2007 cayó en lunes

dSem :: [(String,Int)]
dSem = [("Lunes",0),("Martes",1),("Miercoles",2),("Jueves",3),
        ("Viernes",4),("Sabado",5),("Domingo",6)]

dMes :: [(Int,Int)]
dMes = [(1,31),(2,28),(3,31),( 4,30),( 5,31),( 6,30),
        (7,31),(8,31),(9,30),(10,31),(11,30),(12,31)]

busca :: a -> [(a1,a2)] -> (a -> a1 -> Bool) -> [(a1,a2)]
busca x xs p  =  [(x',y) | (x',y) <- xs, p x x']

diaAno :: (Int,Int,Int) -> Int
diaAno (d,m,a)  =  d + sum [y | (x,y) <- busca m dMes (>)]

dia :: Int -> Int -> Int -> String
dia d m a = head [fst (x,y') | (x,y') <- dSem, n == y']
  where  n = mod ((diaAno (d,m,a) + (a - 2007)*365) + x) 7
         x | d <= 29 && m <= 2  =  div (a - 2007) 4 - 1
           | otherwise          =  div (a - 2007) 4


-- 2ª solución
-- ===========

-- Usando la congruencia de Zeller http://bit.ly/2gYxHym

dia2 :: Int -> Int -> Int -> String
dia2 d m a = diasSemana !! h
  where m1 = if   (m < 3)
             then m + 12
             else m

        a1 = if   (m1 > 12)
             then a - 1
             else a

        k  = a1 `mod` 100
        j  = a1 `div` 100

        h  = ( d
             + ((13 * (m1 + 1)) `div` 5)
             + k
             + (k `div` 4)
             + (j `div` 4)
             - (2 * j)
             ) `mod` 7

diasSemana :: [String]
diasSemana = [ "Sabado" 
             , "Domingo"
             , "Lunes" 
             , "Martes"
             , "Miercoles"
             , "Jueves"
             , "Viernes"]

-- 1ª solución

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

-- Comentario: usar que el 1-1-2007 cayó en lunes

dSem :: [(String,Int)]

dSem = [("Lunes",0),("Martes",1),("Miercoles",2),("Jueves",3),

("Viernes",4),("Sabado",5),("Domingo",6)]

dMes :: [(Int,Int)]

dMes = [(1,31),(2,28),(3,31),( 4,30),( 5,31),( 6,30),

(7,31),(8,31),(9,30),(10,31),(11,30),(12,31)]

busca :: a -> [(a1,a2)] -> (a -> a1 -> Bool) -> [(a1,a2)]

busca x xs p = [(x',y) | (x',y) <- xs, p x x']

diaAno :: (Int,Int,Int) -> Int

diaAno (d,m,a) = d + sum [y | (x,y) <- busca m dMes (>)]

dia :: Int -> Int -> Int -> String

dia d m a = head [fst (x,y') | (x,y') <- dSem, n == y']

where n = mod ((diaAno (d,m,a) + (a - 2007)*365) + x) 7

x | d <= 29 && m <= 2 = div (a - 2007) 4 - 1

| otherwise = div (a - 2007) 4

-- 2ª solución

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

-- Usando la congruencia de Zeller http://bit.ly/2gYxHym

dia2 :: Int -> Int -> Int -> String

dia2 d m a = diasSemana !! h

where m1 = if (m < 3)

then m + 12

else m

a1 = if (m1 > 12)

then a - 1

else a

k = a1 `mod` 100

j = a1 `div` 100

h = ( d

+ ((13 * (m1 + 1)) `div` 5)

+ k

+ (k `div` 4)

+ (j `div` 4)

- (2 * j)

) `mod` 7

diasSemana :: [String]

diasSemana = [ "Sabado"

, "Domingo"

, "Lunes"

, "Martes"

, "Miercoles"

, "Jueves"

, "Viernes"]

Posiciones de equilibrio

PorJosé A. Alonso 15-diciembre-201622-diciembre-2016

Se dice que k es una posición de equilibrio de una lista xs si la suma de los elementos de xs en las posiciones menores que k es igual a la suma de los elementos de xs en las posiciones mayores que k. Por ejemplo, en la lista [-7,1,5,2,-4,3,0] el 3 es una posición de equilibrio ya que -7+1+5 = -4+3+0; también lo es el 6 ya que -7+1+5+2+(-4)+3 = 0.

Definir la función,

   equilibrios :: (Num a, Eq a) => [a] -> [Int]

1	equilibrios :: (Num a, Eq a) => [a] -> [Int]

tal que (equilibrios xs) es la lista de las posiciones de equilibrio de xs. Por ejemplo,

   equilibrios [-7,1,5,2,-4,3,0]  ==  [3,6]
   equilibrios [1..10^6]          ==  []

1 2	equilibrios [-7,1,5,2,-4,3,0] == [3,6] equilibrios [1..10^6] == []

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

equilibrios1 :: (Num a, Eq a) => [a] -> [Int]
equilibrios1 xs =
  [n | n <- [0..length xs - 1]
     , sum (take n xs) == sum (drop (n+1) xs)]

-- 2ª definición
-- =============

equilibrios2 :: (Num a, Eq a) => [a] -> [Int]
equilibrios2 xs =
  [n | (n,x,y) <- zip3 [0..] (sumasI xs) (sumasD xs)
     , x == y]

sumasI :: (Num a, Eq a) => [a] -> [a]
sumasI xs = [sum (take n xs) | n <- [0..length xs - 1]] 

sumasD :: (Num a, Eq a) => [a] -> [a]
sumasD xs = [sum (drop (n+1) xs) | n <- [0..length xs - 1]] 

-- 3ª definición
-- =============

equilibrios3 :: (Num a, Eq a) => [a] -> [Int]
equilibrios3 xs =
  [n | (n,x,y) <- zip3 [0..] (sumasI' xs) (sumasD' xs)
     , x == y]

sumasI' :: (Num a, Eq a) => [a] -> [a]
sumasI'  = init . scanl (+) 0 

sumasD' :: (Num a, Eq a) => [a] -> [a]
sumasD' = tail . scanr (+) 0

-- 4ª definición
-- =============

equilibrios4 :: (Num a, Eq a) => [a] -> [Int]
equilibrios4 xs =
  [n | (n,x,y) <- zip3 [0..] (scanl1 (+) xs) (scanr1 (+) xs)
     , x == y]

-- Comparación de eficiencia
--    λ> let xs = [1..10^4] in equilibrios1 (xs ++ [5] ++ reverse xs)
--    [10000]
--    (20.92 secs, 46,240,541,256 bytes)
--    λ> let xs = [1..10^4] in equilibrios2 (xs ++ [5] ++ reverse xs)
--    [10000]
--    (21.12 secs, 46,249,562,520 bytes)
--    λ> let xs = [1..10^4] in equilibrios3 (xs ++ [5] ++ reverse xs)
--    [10000]
--    (0.02 secs, 11,858,768 bytes)
--    λ> let xs = [1..10^4] in equilibrios4 (xs ++ [5] ++ reverse xs)
--    [10000]
--    (0.02 secs, 13,963,952 bytes)

-- 1ª definición

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

equilibrios1 :: (Num a, Eq a) => [a] -> [Int]

equilibrios1 xs =

[n | n <- [0..length xs - 1]

, sum (take n xs) == sum (drop (n+1) xs)]

-- 2ª definición

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

equilibrios2 :: (Num a, Eq a) => [a] -> [Int]

equilibrios2 xs =

[n | (n,x,y) <- zip3 [0..] (sumasI xs) (sumasD xs)

, x == y]

sumasI :: (Num a, Eq a) => [a] -> [a]

sumasI xs = [sum (take n xs) | n <- [0..length xs - 1]]

sumasD :: (Num a, Eq a) => [a] -> [a]

sumasD xs = [sum (drop (n+1) xs) | n <- [0..length xs - 1]]

-- 3ª definición

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

equilibrios3 :: (Num a, Eq a) => [a] -> [Int]

equilibrios3 xs =

[n | (n,x,y) <- zip3 [0..] (sumasI' xs) (sumasD' xs)

, x == y]

sumasI' :: (Num a, Eq a) => [a] -> [a]

sumasI' = init . scanl (+) 0

sumasD' :: (Num a, Eq a) => [a] -> [a]

sumasD' = tail . scanr (+) 0

-- 4ª definición

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

equilibrios4 :: (Num a, Eq a) => [a] -> [Int]

equilibrios4 xs =

[n | (n,x,y) <- zip3 [0..] (scanl1 (+) xs) (scanr1 (+) xs)

, x == y]

-- Comparación de eficiencia

-- λ> let xs = [1..10^4] in equilibrios1 (xs ++ [5] ++ reverse xs)

-- [10000]

-- (20.92 secs, 46,240,541,256 bytes)

-- λ> let xs = [1..10^4] in equilibrios2 (xs ++ [5] ++ reverse xs)

-- [10000]

-- (21.12 secs, 46,249,562,520 bytes)

-- λ> let xs = [1..10^4] in equilibrios3 (xs ++ [5] ++ reverse xs)

-- [10000]

-- (0.02 secs, 11,858,768 bytes)

-- λ> let xs = [1..10^4] in equilibrios4 (xs ++ [5] ++ reverse xs)

-- [10000]

-- (0.02 secs, 13,963,952 bytes)

Suma de los máximos de los subconjuntos

PorJosé A. Alonso 8-diciembre-201615-diciembre-2016

Los subconjuntos distinto del vacío del conjunto {3, 2, 5}, junto con sus máximos elementos, son

   {3}       su máximo es 3
   {2}       su máximo es 2
   {5}       su máximo es 5
   {3, 2}    su máximo es 3
   {3, 5}    su máximo es 5
   {2, 5}    su máximo es 5
   {3, 2, 5} su máximo es 5

{3} su máximo es 3

{2} su máximo es 2

{5} su máximo es 5

{3, 2} su máximo es 3

{3, 5} su máximo es 5

{2, 5} su máximo es 5

{3, 2, 5} su máximo es 5

Por tanto, la suma de los máximos elementos de los subconjuntos de {3, 2, 5} es 3 + 2 + 5 + 3 + 5 + 5 + 5 = 28.

Definir la función

   sumaMaximos :: [Integer] -> Integer

1	sumaMaximos :: [Integer] -> Integer

tal que (sumaMaximos xs) es la suma de los máximos elementos de los subconjuntos de xs. Por ejemplo,

   sumaMaximos [3,2,5]    ==  28
   sumaMaximos [4,1,6,3]  ==  71
   sumaMaximos [1..100]   ==  125497409422594710748173617332225
   length (show (sumaMaximos [1..10^5]))  ==  30108
   sumaMaximos [1..10^5] `mod` (10^7)     ==  4490625

sumaMaximos [3,2,5] == 28

sumaMaximos [4,1,6,3] == 71

sumaMaximos [1..100] == 125497409422594710748173617332225

length (show (sumaMaximos [1..10^5])) == 30108

sumaMaximos [1..10^5] `mod` (10^7) == 4490625

Soluciones

import Data.List (sort, subsequences)

-- 1ª definición
sumaMaximos :: [Integer] -> Integer
sumaMaximos xs =
  sum [maximum ys | ys <- tail (subsequences xs)]

-- 2ª definición
sumaMaximos2 :: [Integer] -> Integer
sumaMaximos2 =
  sum . map maximum . tail . subsequences

-- 3ª definición
sumaMaximos3 :: [Integer] -> Integer
sumaMaximos3 xs =
  sum (zipWith (*) (sort xs) potenciasDeDos)

potenciasDeDos :: [Integer]
potenciasDeDos = iterate (*2) 1

-- Comparación de eficiencia
--    λ> sumaMaximos [1..20]
--    19922945
--    (2.74 secs, 703,957,848 bytes)
--    λ> sumaMaximos2 [1..20]
--    19922945
--    (2.06 secs, 680,728,696 bytes)
--    λ> sumaMaximos3 [1..20]
--    19922945
--    (0.01 secs, 0 bytes)

import Data.List (sort, subsequences)

-- 1ª definición

sumaMaximos :: [Integer] -> Integer

sumaMaximos xs =

sum [maximum ys | ys <- tail (subsequences xs)]

-- 2ª definición

sumaMaximos2 :: [Integer] -> Integer

sumaMaximos2 =

sum . map maximum . tail . subsequences

-- 3ª definición

sumaMaximos3 :: [Integer] -> Integer

sumaMaximos3 xs =

sum (zipWith (*) (sort xs) potenciasDeDos)

potenciasDeDos :: [Integer]

potenciasDeDos = iterate (*2) 1

-- Comparación de eficiencia

-- λ> sumaMaximos [1..20]

-- 19922945

-- (2.74 secs, 703,957,848 bytes)

-- λ> sumaMaximos2 [1..20]

-- 19922945

-- (2.06 secs, 680,728,696 bytes)

-- λ> sumaMaximos3 [1..20]

-- 19922945

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Basado en el artículo
Sum of maximum elements of all subsets
de Utkarsh Trivedi en GeeksforGeeks.

Sumas de posiciones pares e impares

PorJosé A. Alonso 1-diciembre-20168-diciembre-2016

Definir la función

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

1	sumasParesImpares :: [Integer] -> (Integer,Integer)

tal que (sumasParesImpares) xs es el par formado por la suma de los elementos de xs en posiciones pares y por la suma de los elementos de xs en posiciones impares. Por ejemplo,

   sumasParesImpares []         ==  (0,0)
   sumasParesImpares [3]        ==  (3,0)
   sumasParesImpares [3,2]      ==  (3,2)
   sumasParesImpares [3,2,1]    ==  (4,2)
   sumasParesImpares [3,2,1,5]  ==  (4,7)
   sumasParesImpares [1..10^7]  ==  (25000000000000,25000005000000)

sumasParesImpares [] == (0,0)

sumasParesImpares [3] == (3,0)

sumasParesImpares [3,2] == (3,2)

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

sumasParesImpares [3,2,1,5] == (4,7)

sumasParesImpares [1..10^7] == (25000000000000,25000005000000)

Soluciones

-- 1ª solución
sumasParesImpares1 :: [Integer] -> (Integer,Integer)
sumasParesImpares1 xs =
  (sum [x | (x,n) <- xns, even n],
   sum [x | (x,n) <- xns, odd n])
  where xns = zip xs [0..]

-- 2ª solución
sumasParesImpares2 :: [Integer] -> (Integer,Integer)
sumasParesImpares2 xs = aux xs (0,0)
  where aux (x1:x2:xs) (a,b) = aux xs (x1+a,x2+b)
        aux [x]        (a,b) = (x+a,b)
        aux []         (a,b) = (a,b)
  
-- Comparación de eficiencia
--    λ> sumasParesImpares1 [1..10^6]
--    (250000000000,250000500000)
--    (4.48 secs, 731,994,904 bytes)
--    λ> sumasParesImpares2 [1..10^6]
--    (250000000000,250000500000)
--    (1.78 secs, 235,663,400 bytes)

-- 1ª solución

sumasParesImpares1 :: [Integer] -> (Integer,Integer)

sumasParesImpares1 xs =

(sum [x | (x,n) <- xns, even n],

sum [x | (x,n) <- xns, odd n])

where xns = zip xs [0..]

-- 2ª solución

sumasParesImpares2 :: [Integer] -> (Integer,Integer)

sumasParesImpares2 xs = aux xs (0,0)

where aux (x1:x2:xs) (a,b) = aux xs (x1+a,x2+b)

aux [x] (a,b) = (x+a,b)

aux [] (a,b) = (a,b)

-- Comparación de eficiencia

-- λ> sumasParesImpares1 [1..10^6]

-- (250000000000,250000500000)

-- (4.48 secs, 731,994,904 bytes)

-- λ> sumasParesImpares2 [1..10^6]

-- (250000000000,250000500000)

-- (1.78 secs, 235,663,400 bytes)

Conmutaciones ondulantes

PorJosé A. Alonso 21-noviembre-201628-noviembre-2016

Una lista binaria es ondulante si sus elementos son alternativamente 0 y 1. Por ejemplo, las listas [0,1,0,1,0] y [1,0,1,0] son ondulantes.

Definir la función

   minConmutacionesOndulante :: [Int] -> Int

1	minConmutacionesOndulante :: [Int] -> Int

tal que (minConmutacionesOndulante xs) es el mínimo número de conmutaciones (es decir, cambios de 0 a 1 o de 1 a 0) necesarias para transformar xs en una lista ondulante. Por ejemplo,

   minConmutacionesOndulante [1,1,1]                ==  1
   minConmutacionesOndulante [0,0,0,1,0,1,0,1,1,1]  ==  2

1 2	minConmutacionesOndulante [1,1,1] == 1 minConmutacionesOndulante [0,0,0,1,0,1,0,1,1,1] == 2

En el primer ejemplo basta conmutar el elemento en la posición 1 para obtener [1,0,1] y el segundo ejemplo los elementos en las posiciones 1 y 8 para obtener [0,1,0,1,0,1,0,1,0,1].

Soluciones

minConmutacionesOndulante :: [Int] -> Int
minConmutacionesOndulante xs =
  min (diferencia xs ondulante0)
      (diferencia xs ondulante1)

-- (diferencia xs ys) es el número de posiciones con elementos
-- distintos. Por ejemplo,
--    diferencia [1,1,1] [1,0,1]            ==  1
--    diferencia "0001010111" "0101010101"  ==  2
diferencia :: Eq a => [a] -> [a] -> Int
diferencia xs ys =
  sum [1 | (x,y) <- zip xs ys, x /= y]

-- ondulante0 es la lista binaria ondulante cuyo primer elemento es
-- 0. Por ejemplo,
--    take 10 ondulante0  ==  [0,1,0,1,0,1,0,1,0,1]
ondulante0 :: [Int]
ondulante0 = 0 : ondulante1

-- ondulante1 es la lista binaria ondulante cuyo primer elemento es
-- 1. Por ejemplo,
--    take 10 ondulante1  ==  [1,0,1,0,1,0,1,0,1,0]
ondulante1 :: [Int]
ondulante1 = 1 : ondulante0

minConmutacionesOndulante :: [Int] -> Int

minConmutacionesOndulante xs =

min (diferencia xs ondulante0)

(diferencia xs ondulante1)

-- (diferencia xs ys) es el número de posiciones con elementos

-- distintos. Por ejemplo,

-- diferencia [1,1,1] [1,0,1] == 1

-- diferencia "0001010111" "0101010101" == 2

diferencia :: Eq a => [a] -> [a] -> Int

diferencia xs ys =

sum [1 | (x,y) <- zip xs ys, x /= y]

-- ondulante0 es la lista binaria ondulante cuyo primer elemento es

-- 0. Por ejemplo,

-- take 10 ondulante0 == [0,1,0,1,0,1,0,1,0,1]

ondulante0 :: [Int]

ondulante0 = 0 : ondulante1

-- ondulante1 es la lista binaria ondulante cuyo primer elemento es

-- 1. Por ejemplo,

-- take 10 ondulante1 == [1,0,1,0,1,0,1,0,1,0]

ondulante1 :: [Int]

ondulante1 = 1 : ondulante0

Números de Dudeney

PorJosé A. Alonso 18-noviembre-201625-noviembre-2016

La semana pasada, Pepe Muñoz Santonja publicó en su blog Algo más que números el artículo Números de Dudeney en la base OEIS

Un número de Dudeney es un número entero n tal que el cubo de la suma de sus dígitos es igual a n. Por ejemplo, 512 es un número de Dudeney ya que (5+1+2)^3 = 8^3 = 512.

Se puede generalizar variando el exponente: Un número de Dudeney de orden k es un número entero n tal que la potencia k-ésima de la suma de sus dígitos es igual a n. Por ejemplo, 2401 es un número de Dudeney de orden 4 ya que (2+4+0+1)^4 = 7^4 = 2401.

Definir la función

   numerosDudeney :: Integer -> [Integer]

1	numerosDudeney :: Integer -> [Integer]

tal que (numerosDudeney k) es la lista de los números de Dudeney oe orden k. Por ejemplo,

   take 6 (numerosDudeney 3)  == [1,512,4913,5832,17576,19683]
   take 6 (numerosDudeney 4)  == [1,2401,234256,390625,614656,1679616]
   take 2 (numerosDudeney 20) == [1,1215766545905692880100000000000000000000]

take 6 (numerosDudeney 3) == [1,512,4913,5832,17576,19683]

take 6 (numerosDudeney 4) == [1,2401,234256,390625,614656,1679616]

take 2 (numerosDudeney 20) == [1,1215766545905692880100000000000000000000]

Comprobar con QuickCheck que 19683 es el mayor número de Dudeney de orden 3.

Soluciones

import Test.QuickCheck

numerosDudeney :: Integer -> [Integer]
numerosDudeney k =
  [n^k | n <- [1..]
       , esDudeney k (n^k)]

esDudeney :: Integer -> Integer -> Bool
esDudeney k n =
  (sum (digitos n)) ^ k == n

digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n = [read [d] | d <- show n]

-- La propiedad es
prop_Dudeney :: Integer -> Property
prop_Dudeney n =
  n > 0 ==> not (esDudeney 3 (19683 + n))
  
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_Dudeney
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

numerosDudeney :: Integer -> [Integer]

numerosDudeney k =

[n^k | n <- [1..]

, esDudeney k (n^k)]

esDudeney :: Integer -> Integer -> Bool

esDudeney k n =

(sum (digitos n)) ^ k == n

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos n = [read [d] | d <- show n]

-- La propiedad es

prop_Dudeney :: Integer -> Property

prop_Dudeney n =

n > 0 ==> not (esDudeney 3 (19683 + n))

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_Dudeney

-- +++ OK, passed 100 tests.

Números poderosos

PorJosé A. Alonso 17-noviembre-201624-noviembre-2016

Un número es poderoso si es igual a la suma de sus dígitos elevados a sus respectivas posiciones. Por ejemplo, los números 89, 135 y 1306 son poderosos ya que

     89 = 8^1 + 9^2
    135 = 1^1 + 3^2 + 5^3.
   1306 = 1^1 + 3^2 + 0^3 + 6^4

89 = 8^1 + 9^2

135 = 1^1 + 3^2 + 5^3.

1306 = 1^1 + 3^2 + 0^3 + 6^4

Definir la función

   esPoderoso :: Integer -> Bool

1	esPoderoso :: Integer -> Bool

tal que (esPoderoso n) se verifica si n es poderoso. Por ejemplo,

   λ> esPoderoso 135
   True
   λ> esPoderoso 80
   False
   λ> esPoderoso 89
   True
   λ> esPoderoso 12157692622039623539
   True
   λ> [n | n <- [10..30000], esPoderoso n]
   [89,135,175,518,598,1306,1676,2427]

λ> esPoderoso 135

True

λ> esPoderoso 80

False

λ> esPoderoso 89

True

λ> esPoderoso 12157692622039623539

True

λ> [n | n <- [10..30000], esPoderoso n]

[89,135,175,518,598,1306,1676,2427]

Comprobar con QuickCheck que 12157692622039623539 es el mayor número poderoso.

Soluciones

import Test.QuickCheck

esPoderoso :: Integer -> Bool
esPoderoso n =
  sum (zipWith (^) (digitos n) [1..]) == n

digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n =
  [read [d] | d <- show n]

-- La propiedad es
prop_poderosos :: Integer -> Property
prop_poderosos n =
  n > 0 ==> not (esPoderoso (12157692622039623539 + n))

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_poderosos
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

esPoderoso :: Integer -> Bool

esPoderoso n =

sum (zipWith (^) (digitos n) [1..]) == n

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos n =

[read [d] | d <- show n]

-- La propiedad es

prop_poderosos :: Integer -> Property

prop_poderosos n =

n > 0 ==> not (esPoderoso (12157692622039623539 + n))

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_poderosos

-- +++ OK, passed 100 tests.

Números perfectos y cojonudos

PorJosé A. Alonso 11-noviembre-201618-noviembre-2016

Un número perfecto es un número entero positivo que es igual a la suma de sus divisores propios. Por ejemplo, el 28 es perfecto porque sus divisores propios son 1, 2, 4, 7 y 14 y 1+2+4+7+14 = 28.

Un entero positivo x es un número cojonudo si existe un n tal que n > 0, x = 2^n·(2^(n+1)-1) y 2^(n+1)-1 es primo. Por ejemplo, el 28 es cojonudo ya que para n = 2 se verifica que 2 > 0, 28 = 2^2·(2^3-1) y 2^3-1 = 7 es primo.

Definir la funciones

   esPerfecto                      :: Integer -> Bool
   esCojonudo                      :: Integer -> Bool
   equivalencia_CojonudosPerfectos :: Integer -> Bool

esPerfecto :: Integer -> Bool

esCojonudo :: Integer -> Bool

equivalencia_CojonudosPerfectos :: Integer -> Bool

tales que

(esPerfecto x) se verifica si x es perfecto. Por ejemplo,

     esPerfecto 28  ==  True
     esPerfecto 30  ==  False

1 2	esPerfecto 28 == True esPerfecto 30 == False

(esCojonudo x) se verifica si x es cojonudo. Por ejemplo,

     esCojonudo 28                   ==  True
     esCojonudo 30                   ==  False
     esCojonudo 2305843008139952128  ==  True

esCojonudo 28 == True

esCojonudo 30 == False

esCojonudo 2305843008139952128 == True

(equivalenciaCojonudosPerfectos n) se verifica si para todos los números x menores o iguales que n se tiene que x es perfecto si, y sólo si, x es cojonudo. Por ejemplo,

     equivalenciaCojonudosPerfectos 3000  ==  True

1	equivalenciaCojonudosPerfectos 3000 == True

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import Data.List

-- 1ª definición de esPerfecto
-- ===========================

esPerfecto1 :: Integer -> Bool
esPerfecto1 x =
  sum (divisoresPropios1 x) == x

divisoresPropios1 :: Integer -> [Integer]
divisoresPropios1 x =
  [y | y <- [1..x-1]
     , x `mod` y == 0]

-- 2ª definición de esPerfecto
-- ===========================

esPerfecto2 :: Integer -> Bool
esPerfecto2 n = sum (divisoresPropios2 n) == n
 
divisoresPropios2 :: Integer -> [Integer]
divisoresPropios2 n =
  (delete n . nub . map product . subsequences) (primeFactors n)

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

--    λ> esPerfecto1 33550336
--    True
--    (48.70 secs, 6,976,432,536 bytes)
--    λ> esPerfecto2 33550336
--    True
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> [x | x <- [1..10^4], esPerfecto1 x]
--    [6,28,496,8128]
--    (72.88 secs, 10,411,693,760 bytes)
--    λ> [x | x <- [1..10^4], esPerfecto2 x]
--    [6,28,496,8128]
--    (0.69 secs, 311,388,248 bytes)

-- 1ª definición de esCojonudo
-- ===========================

esCojonudo1 :: Integer -> Bool
esCojonudo1 x = pertenece x cojonudos

cojonudos :: [Integer]
cojonudos =
  [2^n*p | n <- [1..]
         , let p = 2^(n+1) - 1
         , isPrime p]

pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool
pertenece x ys =
  head (dropWhile (<x) ys) == x

-- 2ª definición de esCojonudo
-- ===========================

esCojonudo2 :: Integer -> Bool
esCojonudo2 n | length p /= 1  = False
              | otherwise      = head p == 2 * product d -1
    where (d,p) = partition (==2) (primeFactors n)

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

--    λ> length [x | x <- [1..10^5], esCojonudo1 x]
--    4
--    (0.37 secs, 23,492,384 bytes)
--    λ> length [x | x <- [1..10^5], esCojonudo2 x]
--    4
--    (7.46 secs, 4,245,266,408 bytes)

-- Comprobación de equivalencia
-- ============================

equivalencia_CojonudosPerfectos :: Integer -> Bool
equivalencia_CojonudosPerfectos n =
  and [esCojonudo1 x == esPerfecto2 x | x <- [1..n]]

import Data.Numbers.Primes

import Data.List

-- 1ª definición de esPerfecto

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

esPerfecto1 :: Integer -> Bool

esPerfecto1 x =

sum (divisoresPropios1 x) == x

divisoresPropios1 :: Integer -> [Integer]

divisoresPropios1 x =

[y | y <- [1..x-1]

, x `mod` y == 0]

-- 2ª definición de esPerfecto

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

esPerfecto2 :: Integer -> Bool

esPerfecto2 n = sum (divisoresPropios2 n) == n

divisoresPropios2 :: Integer -> [Integer]

divisoresPropios2 n =

(delete n . nub . map product . subsequences) (primeFactors n)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> esPerfecto1 33550336

-- True

-- (48.70 secs, 6,976,432,536 bytes)

-- λ> esPerfecto2 33550336

-- True

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> [x | x <- [1..10^4], esPerfecto1 x]

-- [6,28,496,8128]

-- (72.88 secs, 10,411,693,760 bytes)

-- λ> [x | x <- [1..10^4], esPerfecto2 x]

-- [6,28,496,8128]

-- (0.69 secs, 311,388,248 bytes)

-- 1ª definición de esCojonudo

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

esCojonudo1 :: Integer -> Bool

esCojonudo1 x = pertenece x cojonudos

cojonudos :: [Integer]

cojonudos =

[2^n*p | n <- [1..]

, let p = 2^(n+1) - 1

, isPrime p]

pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool

pertenece x ys =

head (dropWhile (<x) ys) == x

-- 2ª definición de esCojonudo

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

esCojonudo2 :: Integer -> Bool

esCojonudo2 n | length p /= 1 = False

| otherwise = head p == 2 * product d -1

where (d,p) = partition (==2) (primeFactors n)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length [x | x <- [1..10^5], esCojonudo1 x]

-- 4

-- (0.37 secs, 23,492,384 bytes)

-- λ> length [x | x <- [1..10^5], esCojonudo2 x]

-- 4

-- (7.46 secs, 4,245,266,408 bytes)

-- Comprobación de equivalencia

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

equivalencia_CojonudosPerfectos :: Integer -> Bool

equivalencia_CojonudosPerfectos n =

and [esCojonudo1 x == esPerfecto2 x | x <- [1..n]]

Números de Harshad hereditarios

PorJosé A. Alonso 3-noviembre-201610-noviembre-2016

Un número de Harshad es un entero divisible entre la suma de sus dígitos. Por ejemplo, 201 es un número de Harshad porque es divisible por 3 (la suma de sus dígitos). Cuando se elimina el último dígito de 201 se obtiene 20 que también es un número de Harshad. Cuando se elimina el último dígito de 20 se obtiene 2 que también es un número de Harshad. Los números como el 201 que son de Harshad y que los números obtenidos eliminando sus últimos dígitos siguen siendo de Harshad se llaman números de Harshad hereditarios por la derecha. Definir la función

   numeroHHD :: Int -> Bool

1	numeroHHD :: Int -> Bool

tal que (numeroHHD n) se verifica si n es un número de Harshad hereditario por la derecha. Por ejemplo,

   numeroHHD 201  ==  True
   numeroHHD 140  ==  False
   numeroHHD 1104 ==  False

numeroHHD 201 == True

numeroHHD 140 == False

numeroHHD 1104 == False

Calcular el mayor número de Harshad hereditario por la derecha con tres dígitos.

Soluciones

-- (numeroH n) se verifica si n es un número de Harshad.
--    numeroH 201  ==  True
numeroH :: Int -> Bool
numeroH n = rem n (sum (digitos n)) == 0

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 201  ==  [2,0,1]
digitos :: Int -> [Int]
digitos n = [read [d] | d <- show n]

numeroHHD :: Int -> Bool 
numeroHHD n | n < 10    = True
            | otherwise = numeroH n && numeroHHD (div n 10) 

-- El cálculo es
--    ghci> head [n | n <- [999,998..100], numeroHHD n]
--    902

-- (numeroH n) se verifica si n es un número de Harshad.

-- numeroH 201 == True

numeroH :: Int -> Bool

numeroH n = rem n (sum (digitos n)) == 0

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,

-- digitos 201 == [2,0,1]

digitos :: Int -> [Int]

digitos n = [read [d] | d <- show n]

numeroHHD :: Int -> Bool

numeroHHD n | n < 10 = True

| otherwise = numeroH n && numeroHHD (div n 10)

-- El cálculo es

-- ghci> head [n | n <- [999,998..100], numeroHHD n]

-- 902

Centro de gravedad de una lista

PorJosé A. Alonso 25-mayo-201626-marzo-2022

Se dice que una lista de números xs es equilibrada si existe una posición k tal que la suma de los elementos de xs en las posiciones menores que k es igual a la de los elementos de xs en las posiciones mayores que k. La posición k se llama el centro de gravedad de xs. Por ejemplo, la lista [1,3,4,5,-2,1] es equilibrada, y su centro de gravedad es 2, ya que la suma de [1,3] es igual a la de [5,-2,1]. En cambio, la lista [1,6,4,5,-2,1] no tiene centro de gravedad.

Definir la función

   centro :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int

1	centro :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int

tal que (centro xs) es justo el centro e gravedad de xs, si la lista xs es equilibrada y Nothing en caso contrario. Por ejemplo,

   centro [1,3,4,5,-2,1]           ==  Just 2
   centro [1,6,4,5,-2,1]           ==  Nothing
   centro [1,2,3,4,3,2,1]          ==  Just 3
   centro [1,100,50,-51,1,1]       ==  Just 1
   centro [1,2,3,4,5,6]            ==  Nothing
   centro [20,10,30,10,10,15,35]   ==  Just 3
   centro [20,10,-80,10,10,15,35]  ==  Just 0
   centro [10,-80,10,10,15,35,20]  ==  Just 6
   centro [0,0,0,0,0]              ==  Just 0
   centro [-1,-2,-3,-4,-3,-2,-1]   ==  Just 3

centro [1,3,4,5,-2,1] == Just 2

centro [1,6,4,5,-2,1] == Nothing

centro [1,2,3,4,3,2,1] == Just 3

centro [1,100,50,-51,1,1] == Just 1

centro [1,2,3,4,5,6] == Nothing

centro [20,10,30,10,10,15,35] == Just 3

centro [20,10,-80,10,10,15,35] == Just 0

centro [10,-80,10,10,15,35,20] == Just 6

centro [0,0,0,0,0] == Just 0

centro [-1,-2,-3,-4,-3,-2,-1] == Just 3

Soluciones

import Data.List (inits, tails)
import Data.Maybe (listToMaybe)

-- 1ª solución
-- ===========

centro1 :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int
centro1 xs 
    | null ns   = Nothing
    | otherwise = Just (head ns)
    where ns = [n | n <- [0..length xs - 1],
                    let (ys,_:zs) = splitAt n xs,
                    sum ys == sum zs]

-- 2ª solución
-- ===========

centro2 :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int
centro2 xs = aux 0 0 (sum xs) xs where
    aux _ _ _ [] = Nothing
    aux k i d (z:zs) | i == d - z = Just k
                     | otherwise  = aux (k + 1) (i + z) (d - z) zs

-- 3ª solución
-- ===========

centro3 :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int
centro3 xs =
  listToMaybe [ k | (k,ys,_:zs) <- zip3 [0..] (inits xs) (tails xs)
                  , sum ys == sum zs]

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

--    λ> let xs = [1..3000] in centro1 (xs ++ (0:xs))
--    Just 3000
--    (2.70 secs, 2,088,881,728 bytes)
--    λ> let xs = [1..3000] in centro2 (xs ++ (0:xs))
--    Just 3000
--    (0.03 secs, 0 bytes)
--    λ> let xs = [1..3000] in centro3 (xs ++ (0:xs))
--    Just 3000
--    (2.34 secs, 1,727,569,688 bytes)

import Data.List (inits, tails)

import Data.Maybe (listToMaybe)

-- 1ª solución

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

centro1 :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int

centro1 xs

| null ns = Nothing

| otherwise = Just (head ns)

where ns = [n | n <- [0..length xs - 1],

let (ys,_:zs) = splitAt n xs,

sum ys == sum zs]

-- 2ª solución

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

centro2 :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int

centro2 xs = aux 0 0 (sum xs) xs where

aux _ _ _ [] = Nothing

aux k i d (z:zs) | i == d - z = Just k

| otherwise = aux (k + 1) (i + z) (d - z) zs

-- 3ª solución

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

centro3 :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int

centro3 xs =

listToMaybe [ k | (k,ys,_:zs) <- zip3 [0..] (inits xs) (tails xs)

, sum ys == sum zs]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> let xs = [1..3000] in centro1 (xs ++ (0:xs))

-- Just 3000

-- (2.70 secs, 2,088,881,728 bytes)

-- λ> let xs = [1..3000] in centro2 (xs ++ (0:xs))

-- Just 3000

-- (0.03 secs, 0 bytes)

-- λ> let xs = [1..3000] in centro3 (xs ++ (0:xs))

-- Just 3000

-- (2.34 secs, 1,727,569,688 bytes)

Sucesión fractal

PorJosé A. Alonso 10-mayo-201625-abril-2021

La sucesión fractal

   0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, 0, 8, 4, 9, 2, 
   10, 5, 11, 1, 12, 6, 13, 3, 14, 7, 15, ...

1 2	0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, 0, 8, 4, 9, 2, 10, 5, 11, 1, 12, 6, 13, 3, 14, 7, 15, ...

está construida de la siguiente forma:

los términos pares forman la sucesión de los números naturales

     0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

1	0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

los términos impares forman la misma sucesión original

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

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

Definir las funciones

   sucFractal     :: [Integer]
   sumaSucFractal :: Integer -> Integer

1 2	sucFractal :: [Integer] sumaSucFractal :: Integer -> Integer

tales que

sucFractal es la lista de los términos de la sucesión fractal. Por ejemplo,

     take 20 sucFractal   == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5,1,6,3,7,0,8,4,9,2]
     sucFractal !! 30     == 15
     sucFractal !! (10^7) == 5000000

take 20 sucFractal == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5,1,6,3,7,0,8,4,9,2]

sucFractal !! 30 == 15

sucFractal !! (10^7) == 5000000

(sumaSucFractal n) es la suma de los n primeros términos de la sucesión fractal. Por ejemplo,

     sumaSucFractal 10      ==  13
     sumaSucFractal (10^5)  == 1666617368
     sumaSucFractal (10^10) == 16666666661668691669
     sumaSucFractal (10^15) == 166666666666666166673722792954
     sumaSucFractal (10^20) == 1666666666666666666616666684103392376198
     length (show (sumaSucFractal (10^15000))) == 30000
     sumaSucFractal (10^15000) `mod` (10^9)    == 455972157

sumaSucFractal 10 == 13

sumaSucFractal (10^5) == 1666617368

sumaSucFractal (10^10) == 16666666661668691669

sumaSucFractal (10^15) == 166666666666666166673722792954

sumaSucFractal (10^20) == 1666666666666666666616666684103392376198

length (show (sumaSucFractal (10^15000))) == 30000

sumaSucFractal (10^15000) `mod` (10^9) == 455972157

Soluciones

-- 1ª definición de sucFractal
-- ===========================

sucFractal1 :: [Integer]
sucFractal1 = 
    map termino [0..]

-- (termino n) es el término n de la secuencia anterior. Por ejemplo,
--   termino 0            ==  0
--   termino 1            ==  0
--   map termino [0..10]  ==  [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5]
termino :: Integer -> Integer
termino 0 = 0
termino n 
    | even n    = n `div` 2
    | otherwise = termino (n `div` 2)

-- 2ª definición de sucFractal
-- ===========================

sucFractal2 :: [Integer]
sucFractal2 =
    0 : 0 : mezcla [1..] (tail sucFractal2)

-- (mezcla xs ys) es la lista obtenida intercalando las listas infinitas
-- xs e ys. Por ejemplo,
--    take 10 (mezcla [0,2..] [0,-2..])  ==  [0,0,2,-2,4,-4,6,-6,8,-8]
mezcla :: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]
mezcla (x:xs) (y:ys) =
    x:y:mezcla xs ys

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sucFractal
-- =======================================================

--    λ> sum (take (10^6) sucFractal1)
--    166666169612
--    (5.56 secs, 842,863,264 bytes)
--    λ> sum (take (10^6) sucFractal2)
--    166666169612
--    (1.81 secs, 306,262,616 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición
sucFractal :: [Integer]
sucFractal = sucFractal2

-- 1ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal1 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal1 n =
    sum (map termino [0..n-1])

-- 2ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal2 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal2 n =
    sum (take (fromIntegral n) sucFractal)

-- 3ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal3 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal3 0 = 0
sumaSucFractal3 1 = 0
sumaSucFractal3 n
    | even n    = sumaN (n `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)
    | otherwise = sumaN ((n+1) `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)
    where sumaN n = (n*(n-1)) `div` 2

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sumaSucFractal
-- ===========================================================

--    λ> sumaSucFractal1 (10^6)
--    166666169612
--    (5.25 secs, 810,622,504 bytes)
--    λ> sumaSucFractal2 (10^6)
--    166666169612
--    (1.72 secs, 286,444,048 bytes)
--    λ> sumaSucFractal3 (10^6)
--    166666169612
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> sumaSucFractal2 (10^7)
--    16666661685034
--    (17.49 secs, 3,021,580,920 bytes)
--    λ> sumaSucFractal3 (10^7)
--    16666661685034
--    (0.01 secs, 0 bytes)

-- 1ª definición de sucFractal

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

sucFractal1 :: [Integer]

sucFractal1 =

map termino [0..]

-- (termino n) es el término n de la secuencia anterior. Por ejemplo,

-- termino 0 == 0

-- termino 1 == 0

-- map termino [0..10] == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5]

termino :: Integer -> Integer

termino 0 = 0

termino n

| even n = n `div` 2

| otherwise = termino (n `div` 2)

-- 2ª definición de sucFractal

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

sucFractal2 :: [Integer]

sucFractal2 =

0 : 0 : mezcla [1..] (tail sucFractal2)

-- (mezcla xs ys) es la lista obtenida intercalando las listas infinitas

-- xs e ys. Por ejemplo,

-- take 10 (mezcla [0,2..] [0,-2..]) == [0,0,2,-2,4,-4,6,-6,8,-8]

mezcla :: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]

mezcla (x:xs) (y:ys) =

x:y:mezcla xs ys

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sucFractal

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

-- λ> sum (take (10^6) sucFractal1)

-- 166666169612

-- (5.56 secs, 842,863,264 bytes)

-- λ> sum (take (10^6) sucFractal2)

-- 166666169612

-- (1.81 secs, 306,262,616 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición

sucFractal :: [Integer]

sucFractal = sucFractal2

-- 1ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal1 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal1 n =

sum (map termino [0..n-1])

-- 2ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal2 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal2 n =

sum (take (fromIntegral n) sucFractal)

-- 3ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal3 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal3 0 = 0

sumaSucFractal3 1 = 0

sumaSucFractal3 n

| even n = sumaN (n `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)

| otherwise = sumaN ((n+1) `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)

where sumaN n = (n*(n-1)) `div` 2

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sumaSucFractal

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

-- λ> sumaSucFractal1 (10^6)

-- 166666169612

-- (5.25 secs, 810,622,504 bytes)

-- λ> sumaSucFractal2 (10^6)

-- 166666169612

-- (1.72 secs, 286,444,048 bytes)

-- λ> sumaSucFractal3 (10^6)

-- 166666169612

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> sumaSucFractal2 (10^7)

-- 16666661685034

-- (17.49 secs, 3,021,580,920 bytes)

-- λ> sumaSucFractal3 (10^7)

-- 16666661685034

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Referencia

Fractal sequences and restricted Nim por Lionel Levine.

Cadenas de divisores

PorJosé A. Alonso 6-mayo-201625-abril-2021

Una cadena de divisores de un número n es una lista donde cada elemento es un divisor de su siguiente elemento en la lista. Por ejemplo, las cadenas de divisores de 12 son [2,4,12], [2,6,12], [2,12], [3,6,12], [3,12], [4,12], [6,12] y [12].

Definir la función

   cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]

1	cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]

tal que (cadenasDivisores n) es la lista de las cadenas de divisores de n. Por ejemplo,

   λ> cadenasDivisores 12
   [[2,4,12],[2,6,12],[2,12],[3,6,12],[3,12],[4,12],[6,12],[12]]
   λ> length (cadenaDivisores 48)
   48
   λ> length (cadenaDivisores 120)
   132

λ> cadenasDivisores 12

[[2,4,12],[2,6,12],[2,12],[3,6,12],[3,12],[4,12],[6,12],[12]]

λ> length (cadenaDivisores 48)

λ> length (cadenaDivisores 120)

132

Soluciones

import Data.List (sort)
import Data.Numbers.Primes (isPrime)

-- 1ª definición
-- =============

cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]
cadenasDivisores n = sort (extiendeLista [[n]])
    where extiendeLista []           = []
          extiendeLista ((1:xs):yss) = xs : extiendeLista yss
          extiendeLista ((x:xs):yss) =
              extiendeLista ([y:x:xs | y <- divisores x] ++ yss)

-- (divisores x) es la lista decreciente de los divisores de x distintos
-- de x. Por ejemplo,
--    divisores 12  ==  [6,4,3,2,1]
divisores :: Int -> [Int]
divisores x = 
    [y | y <- [a,a-1..1], x `mod` y == 0]
    where a = x `div` 2

-- 2ª definición
-- =============

cadenasDivisores2 :: Int -> [[Int]]
cadenasDivisores2 = sort . aux
    where aux 1 = [[]]
          aux n = [xs ++ [n] | xs <- concatMap aux (divisores n)]

-- 3ª definición
-- =============

cadenasDivisores3 :: Int -> [[Int]]
cadenasDivisores3 = sort . map reverse . aux
    where aux 1 = [[]]
          aux n = map (n:) (concatMap aux (divisores3 n))

-- (divisores3 x) es la lista creciente de los divisores de x distintos
-- de x. Por ejemplo,
--    divisores3 12  ==  [1,2,3,4,6]
divisores3 :: Int -> [Int]
divisores3 x = 
    [y | y <- [1..a], x `mod` y == 0]
    where a = x `div` 2

-- 1ª definición de nCadenasDivisores
-- ==================================

nCadenasDivisores1 :: Int -> Int
nCadenasDivisores1 = length . cadenasDivisores

-- 2ª definición de nCadenasDivisores
-- ==================================

nCadenasDivisores2 :: Int -> Int
nCadenasDivisores2 1 = 1
nCadenasDivisores2 n = 
    sum [nCadenasDivisores2 x | x <- divisores n]

import Data.List (sort)

import Data.Numbers.Primes (isPrime)

-- 1ª definición

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

cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]

cadenasDivisores n = sort (extiendeLista [[n]])

where extiendeLista [] = []

extiendeLista ((1:xs):yss) = xs : extiendeLista yss

extiendeLista ((x:xs):yss) =

extiendeLista ([y:x:xs | y <- divisores x] ++ yss)

-- (divisores x) es la lista decreciente de los divisores de x distintos

-- de x. Por ejemplo,

-- divisores 12 == [6,4,3,2,1]

divisores :: Int -> [Int]

divisores x =

[y | y <- [a,a-1..1], x `mod` y == 0]

where a = x `div` 2

-- 2ª definición

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

cadenasDivisores2 :: Int -> [[Int]]

cadenasDivisores2 = sort . aux

where aux 1 = [[]]

aux n = [xs ++ [n] | xs <- concatMap aux (divisores n)]

-- 3ª definición

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

cadenasDivisores3 :: Int -> [[Int]]

cadenasDivisores3 = sort . map reverse . aux

where aux 1 = [[]]

aux n = map (n:) (concatMap aux (divisores3 n))

-- (divisores3 x) es la lista creciente de los divisores de x distintos

-- de x. Por ejemplo,

-- divisores3 12 == [1,2,3,4,6]

divisores3 :: Int -> [Int]

divisores3 x =

[y | y <- [1..a], x `mod` y == 0]

where a = x `div` 2

-- 1ª definición de nCadenasDivisores

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

nCadenasDivisores1 :: Int -> Int

nCadenasDivisores1 = length . cadenasDivisores

-- 2ª definición de nCadenasDivisores

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

nCadenasDivisores2 :: Int -> Int

nCadenasDivisores2 1 = 1

nCadenasDivisores2 n =

sum [nCadenasDivisores2 x | x <- divisores n]

Referencias

Sucesión A163272 de OEIS.
Ordered and unordered factorizations of integers por A. Knopfmacher y M. Mays

Representación decimal de números racionales

PorJosé A. Alonso 1-abril-20168-abril-2016

Los números decimales se representan por ternas, donde el primer elemento es la parte entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período. Por ejemplo,

    6/2  = 3                  se representa por (3,[],[])
    1/2  = 0.5                se representa por (0,[5],[])
    1/3  = 0.333333...        se representa por (0,[],[3])  
   23/14 = 1.6428571428571... se representa por (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

6/2 = 3 se representa por (3,[],[])

1/2 = 0.5 se representa por (0,[5],[])

1/3 = 0.333333... se representa por (0,[],[3])

23/14 = 1.6428571428571... se representa por (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

Su tipo es

   type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

1	type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

Los números racionales se representan por un par de enteros, donde el primer elemento es el numerador y el segundo el denominador. Por ejemplo, el número 2/3 se representa por (2,3). Su tipo es

   type Racional = (Integer,Integer)

1	type Racional = (Integer,Integer)

Definir las funciones

   decimal  :: Racional -> Decimal
   racional :: Decimal -> Racional

1 2	decimal :: Racional -> Decimal racional :: Decimal -> Racional

tales que

(decimal r) es la representación decimal del número racional r. Por ejemplo,

        decimal (1,4)    ==  (0,[2,5],[])
        decimal (1,3)    ==  (0,[],[3])
        decimal (23,14)  ==  (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

decimal (1,4) == (0,[2,5],[])

decimal (1,3) == (0,[],[3])

decimal (23,14) == (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

(racional d) es el número racional cuya representación decimal es d. Por ejemplo,

        racional (0,[2,5],[])           ==  (1,4)
        racional (0,[],[3])             ==  (1,3)
        racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1])  ==  (23,14)

racional (0,[2,5],[]) == (1,4)

racional (0,[],[3]) == (1,3)

racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1]) == (23,14)

Con la función decimal se puede calcular los períodos de los números racionales. Por ejemplo,

   ghci> let (_,_,p) = decimal (23,14) in concatMap show p
   "428571"
   ghci> let (_,_,p) = decimal (1,47) in concatMap show p
   "0212765957446808510638297872340425531914893617"
   ghci> let (_,_,p) = decimal (1,541) in length (concatMap show p)
   540

ghci> let (_,_,p) = decimal (23,14) in concatMap show p

"428571"

ghci> let (_,_,p) = decimal (1,47) in concatMap show p

"0212765957446808510638297872340425531914893617"

ghci> let (_,_,p) = decimal (1,541) in length (concatMap show p)

540

Comprobar con QuickCheck si las funciones decimal y racional son inversas.

Soluciones

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Librerías auxiliares                                             --
-- ---------------------------------------------------------------------

import Data.List
import Test.QuickCheck

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Tipos                                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- Un número racional se representa por un par de enteros, donde el
-- primer elemento es el numerador y el segundo el denominador.
type Racional = (Integer,Integer)

-- Un número decimal es una terna donde el primer elemento es la parte
-- entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período.
type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § De racional a decimal                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- (mayorExponente a x) es el mayor n tal que a^n divide a x. Por ejemplo,
--    mayorExponente 2 40  ==  3
--    mayorExponente 5 40  ==  1
--    mayorExponente 5 41  ==  0
mayorExponente :: Integer -> Integer -> Integer
mayorExponente a x = head [n | n <- [1..], mod x (a^n) /= 0] - 1

-- (longitudAnteperiodo n) es la longitud del anteperíodo de 1/n (y de
-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo, 
--    longitudAnteperiodo 2   ==  1
--    longitudAnteperiodo 3   ==  0
--    longitudAnteperiodo 14  ==  1
longitudAnteperiodo :: Integer -> Integer
longitudAnteperiodo n = max (mayorExponente 2 n) (mayorExponente 5 n)

-- (longitudPeriodo n) es la longitud del período de 1/n (y de
-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo, 
--    longitudPeriodo 2  ==  0
--    longitudPeriodo 3  ==  1
--    longitudPeriodo 7  ==  6
longitudPeriodo :: Integer -> Integer
longitudPeriodo n
    | m == 1    = 0 
    | otherwise = head [k | k <- [1..], (10^k) `mod` m == 1]
    where m = n `div` (2^(mayorExponente 2 n) * 5^(mayorExponente 5 n))

-- (expansionDec (x,y)) es la expansión decimal de x/y. Por ejemplo, 
--    take 10 (expansionDec (1,4))    ==  [0,2,5]
--    take 10 (expansionDec (1,7))    ==  [0,1,4,2,8,5,7,1,4,2]
--    take 12 (expansionDec (90,7))   ==  [12,8,5,7,1,4,2,8,5,7,1,4]
--    take 12 (expansionDec (23,14))  ==  [1,6,4,2,8,5,7,1,4,2,8,5]
expansionDec :: Racional -> [Integer]
expansionDec (x,y) 
    | r == 0    = [q] 
    | otherwise = q : expansionDec (r*10,y)
    where (q,r) = quotRem x y

-- (parteEntera (a,b)) es la parte entera de a/b. Por ejemplo,
--    parteEntera (125,3)  ==  41
parteEntera :: Racional -> Integer
parteEntera (a,b) = a `div` b

-- (antePeriodo (a,b)) es el anteperíodo de a/b; es decir, la lista de
-- cifras que se encuentran entre la parte entera y el primer período de
-- a/b. Por ejemplo,
--    antePeriodo (23,14)  ==  [6]
--    antePeriodo (1,5)    ==  [2]
antePeriodo :: Racional -> [Integer]
antePeriodo (a,b) = genericTake s (tail xs)
    where xs = expansionDec (a,b)
          s  = longitudAnteperiodo b

-- (periodo (a,b)) es el período de a/b; es decir, la lista de cifras que
-- se encuentran entre la parte entera y el primer período de a/b. Por
-- ejemplo, 
--    periodo (1,3)                   ==  [3]
--    periodo (1,5)                   ==  []
--    periodo (1,7)                   ==  [1,4,2,8,5,7]
--    periodo (23,14)                 ==  [4,2,8,5,7,1]
--    concatMap show $ periodo (1,29) == "0344827586206896551724137931"
periodo :: Racional -> [Integer]
periodo (a,b) = genericTake t (genericDrop (1+s) xs)
    where xs = expansionDec (a,b)
          s  = longitudAnteperiodo b
          t  = longitudPeriodo b

-- (reducido (a,b)) es la forma reducida del número racional a/b. Por
-- ejemplo, 
--    reducido (40,80)  ==  (1,2)
reducido :: Racional -> Racional
reducido (a,b) = (a `div` m, b `div` m) 
    where m = gcd a b

-- (decimal (x,y)) es la forma decimal de x/y; es decir, la terna
-- formada por la parte entera, la parte decimal pura y la parte decimal
-- periódica. Por ejemplo, 
--    decimal (1,4)    ==  (0,[2,5],[])
--    decimal (1,3)    ==  (0,[],[3])
--    decimal (23,14)  ==  (1,[6],[4,2,8,5,7,1])
decimal :: Racional -> Decimal
decimal (a,b) = (parteEntera r, antePeriodo r, periodo r)
    where r = reducido (a,b)

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § De decimal a racional                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- (digitosAnumero xs) es el número correspondiente a la lista de
-- dígitos xs. Por ejemplo,
--    digitosAnumero [3,2,5]  ==  325
digitosAnumero :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero = foldl (\a y -> 10*a+y) 0

-- 2ª definición de digitosAnumero (por comprensión)
digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero2 xs = sum [x*(10^i) | (x,i) <- zip xs [n-1,n-2..0]]
    where n = length xs

-- (racional (x,ys,zs)) es el número racional cuya representación
-- decimal es (x,ys,zs). Por ejemplo,
--    racional (0,[2,5],[])           ==  (1,4)
--    racional (0,[],[3])             ==  (1,3)
--    racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1])  ==  (23,14)
racional :: Decimal -> Racional
racional (x,ys,[]) = reducido (a,b) where
    a = digitosAnumero (x:ys)
    b = 10^(length ys)
racional (x,ys,zs) = reducido (a,b) where 
    a = digitosAnumero (x:ys++zs) - digitosAnumero (x:ys)
    b = digitosAnumero (replicate (length zs) 9 ++ replicate (length ys) 0)

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Propiedades                                                      --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- La 1ª propiedad es
prop_RacionalDecimal :: Racional -> Property
prop_RacionalDecimal (a,b) =
    a >= 0 && b > 0  ==>
    racional (decimal (a,b)) == reducido (a,b)

-- La comprobación es 
--    ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- En lugar de reducido se puede usar un generador de números racionales
numeroRacional :: Gen Racional
numeroRacional = do a <- arbitrary
                    b <- arbitrary
                    return (reducido (abs a, 1+ abs b))

-- La propiedad es
prop_RacionalDecimal2 :: Property
prop_RacionalDecimal2 =
    forAll numeroRacional
           (\(a,b) -> racional (decimal (a,b)) == (a,b))

-- La comprobación es
--   ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal2
--   +++ OK, passed 100 tests.

-- Para la 2ª propiedad se define un generador de números decimales
numeroDecimal :: Gen Decimal
numeroDecimal = do a <- arbitrary
                   b <- arbitrary
                   return (decimal (abs a, 1+ abs b))

-- La 2ª propiedad es
prop_DecimalRacional :: Property
prop_DecimalRacional =
    forAll numeroDecimal 
           (\(x,ys,zs) -> decimal (racional (x,ys,zs)) == (x,ys,zs))

-- La comprobación es
--   ghci> quickCheck prop_DecimalRacional
--   +++ OK, passed 100 tests.

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179

-- ---------------------------------------------------------------------

-- § Librerías auxiliares --

-- ---------------------------------------------------------------------

import Data.List

import Test.QuickCheck

-- ---------------------------------------------------------------------

-- § Tipos --

-- ---------------------------------------------------------------------

-- Un número racional se representa por un par de enteros, donde el

-- primer elemento es el numerador y el segundo el denominador.

type Racional = (Integer,Integer)

-- Un número decimal es una terna donde el primer elemento es la parte

-- entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período.

type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

-- ---------------------------------------------------------------------

-- § De racional a decimal --

-- ---------------------------------------------------------------------

-- (mayorExponente a x) es el mayor n tal que a^n divide a x. Por ejemplo,

-- mayorExponente 2 40 == 3

-- mayorExponente 5 40 == 1

-- mayorExponente 5 41 == 0

mayorExponente :: Integer -> Integer -> Integer

mayorExponente a x = head [n | n <- [1..], mod x (a^n) /= 0] - 1

-- (longitudAnteperiodo n) es la longitud del anteperíodo de 1/n (y de

-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo,

-- longitudAnteperiodo 2 == 1

-- longitudAnteperiodo 3 == 0

-- longitudAnteperiodo 14 == 1

longitudAnteperiodo :: Integer -> Integer

longitudAnteperiodo n = max (mayorExponente 2 n) (mayorExponente 5 n)

-- (longitudPeriodo n) es la longitud del período de 1/n (y de

-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo,

-- longitudPeriodo 2 == 0

-- longitudPeriodo 3 == 1

-- longitudPeriodo 7 == 6

longitudPeriodo :: Integer -> Integer

longitudPeriodo n

| m == 1 = 0

| otherwise = head [k | k <- [1..], (10^k) `mod` m == 1]

where m = n `div` (2^(mayorExponente 2 n) * 5^(mayorExponente 5 n))

-- (expansionDec (x,y)) es la expansión decimal de x/y. Por ejemplo,

-- take 10 (expansionDec (1,4)) == [0,2,5]

-- take 10 (expansionDec (1,7)) == [0,1,4,2,8,5,7,1,4,2]

-- take 12 (expansionDec (90,7)) == [12,8,5,7,1,4,2,8,5,7,1,4]

-- take 12 (expansionDec (23,14)) == [1,6,4,2,8,5,7,1,4,2,8,5]

expansionDec :: Racional -> [Integer]

expansionDec (x,y)

| r == 0 = [q]

| otherwise = q : expansionDec (r*10,y)

where (q,r) = quotRem x y

-- (parteEntera (a,b)) es la parte entera de a/b. Por ejemplo,

-- parteEntera (125,3) == 41

parteEntera :: Racional -> Integer

parteEntera (a,b) = a `div` b

-- (antePeriodo (a,b)) es el anteperíodo de a/b; es decir, la lista de

-- cifras que se encuentran entre la parte entera y el primer período de

-- a/b. Por ejemplo,

-- antePeriodo (23,14) == [6]

-- antePeriodo (1,5) == [2]

antePeriodo :: Racional -> [Integer]

antePeriodo (a,b) = genericTake s (tail xs)

where xs = expansionDec (a,b)

s = longitudAnteperiodo b

-- (periodo (a,b)) es el período de a/b; es decir, la lista de cifras que

-- se encuentran entre la parte entera y el primer período de a/b. Por

-- ejemplo,

-- periodo (1,3) == [3]

-- periodo (1,5) == []

-- periodo (1,7) == [1,4,2,8,5,7]

-- periodo (23,14) == [4,2,8,5,7,1]

-- concatMap show $ periodo (1,29) == "0344827586206896551724137931"

periodo :: Racional -> [Integer]

periodo (a,b) = genericTake t (genericDrop (1+s) xs)

where xs = expansionDec (a,b)

s = longitudAnteperiodo b

t = longitudPeriodo b

-- (reducido (a,b)) es la forma reducida del número racional a/b. Por

-- ejemplo,

-- reducido (40,80) == (1,2)

reducido :: Racional -> Racional

reducido (a,b) = (a `div` m, b `div` m)

where m = gcd a b

-- (decimal (x,y)) es la forma decimal de x/y; es decir, la terna

-- formada por la parte entera, la parte decimal pura y la parte decimal

-- periódica. Por ejemplo,

-- decimal (1,4) == (0,[2,5],[])

-- decimal (1,3) == (0,[],[3])

-- decimal (23,14) == (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

decimal :: Racional -> Decimal

decimal (a,b) = (parteEntera r, antePeriodo r, periodo r)

where r = reducido (a,b)

-- ---------------------------------------------------------------------

-- § De decimal a racional --

-- ---------------------------------------------------------------------

-- (digitosAnumero xs) es el número correspondiente a la lista de

-- dígitos xs. Por ejemplo,

-- digitosAnumero [3,2,5] == 325

digitosAnumero :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero = foldl (\a y -> 10*a+y) 0

-- 2ª definición de digitosAnumero (por comprensión)

digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero2 xs = sum [x*(10^i) | (x,i) <- zip xs [n-1,n-2..0]]

where n = length xs

-- (racional (x,ys,zs)) es el número racional cuya representación

-- decimal es (x,ys,zs). Por ejemplo,

-- racional (0,[2,5],[]) == (1,4)

-- racional (0,[],[3]) == (1,3)

-- racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1]) == (23,14)

racional :: Decimal -> Racional

racional (x,ys,[]) = reducido (a,b) where

a = digitosAnumero (x:ys)

b = 10^(length ys)

racional (x,ys,zs) = reducido (a,b) where

a = digitosAnumero (x:ys++zs) - digitosAnumero (x:ys)

b = digitosAnumero (replicate (length zs) 9 ++ replicate (length ys) 0)

-- ---------------------------------------------------------------------

-- § Propiedades --

-- ---------------------------------------------------------------------

-- La 1ª propiedad es

prop_RacionalDecimal :: Racional -> Property

prop_RacionalDecimal (a,b) =

a >= 0 && b > 0 ==>

racional (decimal (a,b)) == reducido (a,b)

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- En lugar de reducido se puede usar un generador de números racionales

numeroRacional :: Gen Racional

numeroRacional = do a <- arbitrary

b <- arbitrary

return (reducido (abs a, 1+ abs b))

-- La propiedad es

prop_RacionalDecimal2 :: Property

prop_RacionalDecimal2 =

forAll numeroRacional

(\(a,b) -> racional (decimal (a,b)) == (a,b))

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal2

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Para la 2ª propiedad se define un generador de números decimales

numeroDecimal :: Gen Decimal

numeroDecimal = do a <- arbitrary

b <- arbitrary

return (decimal (abs a, 1+ abs b))

-- La 2ª propiedad es

prop_DecimalRacional :: Property

prop_DecimalRacional =

forAll numeroDecimal

(\(x,ys,zs) -> decimal (racional (x,ys,zs)) == (x,ys,zs))

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_DecimalRacional

-- +++ OK, passed 100 tests.

Máxima suma en una matriz

PorJosé A. Alonso 11-marzo-201628-marzo-2016

Las matrices puede representarse mediante tablas cuyos índices son pares de números naturales:

   type Matriz = Array (Int,Int) Int

1	type Matriz = Array (Int,Int) Int

Definir la función

   maximaSuma :: Matriz -> Int

1	maximaSuma :: Matriz -> Int

tal que (maximaSuma p) es el máximo de las sumas de las listas de elementos de la matriz p tales que cada elemento pertenece sólo a una fila y a una columna. Por ejemplo,

   ghci> maximaSuma (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])
   17

1 2	ghci> maximaSuma (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7]) 17

ya que las selecciones, y sus sumas, de la matriz

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

|1 2 3|

|8 4 9|

|5 6 7|

son

   [1,4,7] --> 12
   [1,9,6] --> 16
   [2,8,7] --> 17
   [2,9,5] --> 16
   [3,8,6] --> 17
   [3,4,5] --> 12

[1,4,7] --> 12

[1,9,6] --> 16

[2,8,7] --> 17

[2,9,5] --> 16

[3,8,6] --> 17

[3,4,5] --> 12

Hay dos selecciones con máxima suma: [2,8,7] y [3,8,6].

Soluciones

import Data.Array
import Data.List (permutations)

type Matriz = Array (Int,Int) Int

maximaSuma :: Matriz -> Int
maximaSuma p = maximum [sum xs | xs <- selecciones p]

-- (selecciones p) es la lista de las selecciones en las que cada
-- elemento pertenece a un única fila y a una única columna de la matriz
-- p. Por ejemplo,
--    ghci> selecciones (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])
--    [[1,4,7],[2,8,7],[3,4,5],[2,9,5],[3,8,6],[1,9,6]]
selecciones :: Matriz -> [[Int]]
selecciones p = 
    [[p!(i,j) | (i,j) <- ijs] | 
     ijs <- [zip [1..n] xs | xs <- permutations [1..n]]] 
    where (_,(m,n)) = bounds p

-- 2ª solución (mediante submatrices):
maximaSuma2 :: Matriz -> Int
maximaSuma2 p 
    | (m,n) == (1,1) = p!(1,1)
    | otherwise = maximum [p!(1,j) 
                  + maximaSuma2 (submatriz 1 j p) | j <- [1..n]]
    where (_,(m,n)) = bounds p

-- (submatriz i j p) es la matriz obtenida a partir de la p eliminando
-- la fila i y la columna j. Por ejemplo, 
--    ghci> submatriz 2 3 (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])
--    array ((1,1),(2,2)) [((1,1),1),((1,2),2),((2,1),5),((2,2),6)]
submatriz :: Int -> Int -> Matriz -> Matriz
submatriz i j p = 
    array ((1,1), (m-1,n -1))
          [((k,l), p ! f k l) | k <- [1..m-1], l <- [1.. n-1]]
    where (_,(m,n)) = bounds p
          f k l | k < i  && l < j  = (k,l)
                | k >= i && l < j  = (k+1,l)
                | k < i  && l >= j = (k,l+1)
                | otherwise        = (k+1,l+1)

import Data.Array

import Data.List (permutations)

type Matriz = Array (Int,Int) Int

maximaSuma :: Matriz -> Int

maximaSuma p = maximum [sum xs | xs <- selecciones p]

-- (selecciones p) es la lista de las selecciones en las que cada

-- elemento pertenece a un única fila y a una única columna de la matriz

-- p. Por ejemplo,

-- ghci> selecciones (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])

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

selecciones :: Matriz -> [[Int]]

selecciones p =

[[p!(i,j) | (i,j) <- ijs] |

ijs <- [zip [1..n] xs | xs <- permutations [1..n]]]

where (_,(m,n)) = bounds p

-- 2ª solución (mediante submatrices):

maximaSuma2 :: Matriz -> Int

maximaSuma2 p

| (m,n) == (1,1) = p!(1,1)

| otherwise = maximum [p!(1,j)

+ maximaSuma2 (submatriz 1 j p) | j <- [1..n]]

where (_,(m,n)) = bounds p

-- (submatriz i j p) es la matriz obtenida a partir de la p eliminando

-- la fila i y la columna j. Por ejemplo,

-- ghci> submatriz 2 3 (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])

-- array ((1,1),(2,2)) [((1,1),1),((1,2),2),((2,1),5),((2,2),6)]

submatriz :: Int -> Int -> Matriz -> Matriz

submatriz i j p =

array ((1,1), (m-1,n -1))

[((k,l), p ! f k l) | k <- [1..m-1], l <- [1.. n-1]]

where (_,(m,n)) = bounds p

f k l | k < i && l < j = (k,l)

| k >= i && l < j = (k+1,l)

| k < i && l >= j = (k,l+1)

| otherwise = (k+1,l+1)

Elemento ausente

PorJosé A. Alonso 8-marzo-20162-mayo-2016

Sea xs una lista y n su longitud. Se dice que xs es casi completa si sus elementos son los números enteros entre 0 y n excepto uno. Por ejemplo, la lista [3,0,1] es casi completa.

Definir la función

   ausente :: [Integer] -> Integer

1	ausente :: [Integer] -> Integer

tal que (ausente xs) es el único entero (entre 0 y la longitud de xs) que no pertenece a la lista casi completa xs. Por ejemplo,

   ausente [3,0,1]               ==  2
   ausente [1,2,0]               ==  3
   ausente (1+10^7:[0..10^7-1])  ==  10000000

ausente [3,0,1] == 2

ausente [1,2,0] == 3

ausente (1+10^7:[0..10^7-1]) == 10000000

Soluciones

import Data.List (foldl', genericLength)
import Data.Set (fromList, notMember)
    
-- 1ª definición
ausente1 :: [Integer] -> Integer
ausente1 xs =
    head [n | n <- [0..], n `notElem` xs]

-- 2ª definición
ausente2 :: [Integer] -> Integer
ausente2 xs =
    head [n | n <- [0..], n `notMember` ys]
    where ys = fromList xs
         
-- 3ª definición (lineal)
ausente3 :: [Integer] -> Integer
ausente3 xs =
    ((n * (n+1)) `div` 2) - sum xs
    where n = genericLength xs  

-- 4ª definición
ausente4 :: [Integer] -> Integer
ausente4 xs =
    ((n * (n+1)) `div` 2) - foldl' (+) 0 xs
    where n = genericLength xs  

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

--    λ> let n = 10^5 in ausente1 (n+1:[0..n-1])
--    100000
--    (68.51 secs, 25,967,840 bytes)
--    λ> let n = 10^5 in ausente2 (n+1:[0..n-1])
--    100000
--    (0.12 secs, 123,488,144 bytes)
--    λ> let n = 10^5 in ausente3 (n+1:[0..n-1])
--    100000
--    (0.07 secs, 30,928,384 bytes)
--    λ> let n = 10^5 in ausente4 (n+1:[0..n-1])
--    100000
--    (0.02 secs, 23,039,904 bytes)
--    
--    λ> let n = 10^7 in ausente2 (n+1:[0..n-1])
--    10000000
--    (14.32 secs, 15,358,509,280 bytes)
--    λ> let n = 10^7 in ausente3 (n+1:[0..n-1])
--    10000000
--    (5.57 secs, 2,670,214,936 bytes)
--    λ> let n = 10^7 in ausente4 (n+1:[0..n-1])
--    10000000
--    (3.36 secs, 2,074,919,184 bytes)

import Data.List (foldl', genericLength)

import Data.Set (fromList, notMember)

-- 1ª definición

ausente1 :: [Integer] -> Integer

ausente1 xs =

head [n | n <- [0..], n `notElem` xs]

-- 2ª definición

ausente2 :: [Integer] -> Integer

ausente2 xs =

head [n | n <- [0..], n `notMember` ys]

where ys = fromList xs

-- 3ª definición (lineal)

ausente3 :: [Integer] -> Integer

ausente3 xs =

((n * (n+1)) `div` 2) - sum xs

where n = genericLength xs

-- 4ª definición

ausente4 :: [Integer] -> Integer

ausente4 xs =

((n * (n+1)) `div` 2) - foldl' (+) 0 xs

where n = genericLength xs

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> let n = 10^5 in ausente1 (n+1:[0..n-1])

-- 100000

-- (68.51 secs, 25,967,840 bytes)

-- λ> let n = 10^5 in ausente2 (n+1:[0..n-1])

-- 100000

-- (0.12 secs, 123,488,144 bytes)

-- λ> let n = 10^5 in ausente3 (n+1:[0..n-1])

-- 100000

-- (0.07 secs, 30,928,384 bytes)

-- λ> let n = 10^5 in ausente4 (n+1:[0..n-1])

-- 100000

-- (0.02 secs, 23,039,904 bytes)

-- λ> let n = 10^7 in ausente2 (n+1:[0..n-1])

-- 10000000

-- (14.32 secs, 15,358,509,280 bytes)

-- λ> let n = 10^7 in ausente3 (n+1:[0..n-1])

-- 10000000

-- (5.57 secs, 2,670,214,936 bytes)

-- λ> let n = 10^7 in ausente4 (n+1:[0..n-1])

-- 10000000

-- (3.36 secs, 2,074,919,184 bytes)

Menor no expresable como suma

PorJosé A. Alonso 7-marzo-201625-abril-2021

Definir la función

   menorNoSuma :: [Integer] -> Integer

1	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

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]

1	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.

-- 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.

Integración por el método de los rectángulos

PorJosé A. Alonso 1-marzo-20161-mayo-2016

La integral definida de una función f entre los límites a y b puede calcularse mediante la regla del rectángulo usando la fórmula

   h * (f(a+h/2) + f(a+h+h/2) + f(a+2h+h/2) + ... + f(a+nh+h/2))

1	h * (f(a+h/2) + f(a+h+h/2) + f(a+2h+h/2) + ... + f(a+nh+h/2))

con a+nh+h/2 ≤ b < a+(n+1)h+h/2 y usando valores pequeños para h.

Definir la función

   integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

1	integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

tal que (integral a b f h) es el valor de dicha expresión. Por ejemplo, el cálculo de la integral de f(x) = x^3 entre 0 y 1, con paso 0.01, es

   integral 0 1 (^3) 0.01  ==  0.24998750000000042

1	integral 0 1 (^3) 0.01 == 0.24998750000000042

Otros ejemplos son

   integral 0 1 (^4) 0.01                        ==  0.19998333362500048
   integral 0 1 (\x -> 3*x^2 + 4*x^3) 0.01       ==  1.9999250000000026
   log 2 - integral 1 2 (\x -> 1/x) 0.01         ==  3.124931644782336e-6
   pi - 4 * integral 0 1 (\x -> 1/(x^2+1)) 0.01  ==  -8.333333331389525e-6

integral 0 1 (^4) 0.01 == 0.19998333362500048

integral 0 1 (\x -> 3*x^2 + 4*x^3) 0.01 == 1.9999250000000026

log 2 - integral 1 2 (\x -> 1/x) 0.01 == 3.124931644782336e-6

pi - 4 * integral 0 1 (\x -> 1/(x^2+1)) 0.01 == -8.333333331389525e-6

Nota: Definir la función también en Maxima. Por ejemplo,

   (%i3) integral (0,1,lambda ([x],x^3),0.01);
   (%o3) 0.2499875

1 2	(%i3) integral (0,1,lambda ([x],x^3),0.01); (%o3) 0.2499875

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========

integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a
integral a b f h = h * suma (a+h/2) b (+h) f

-- (suma a b s f) es l valor de
--    f(a) + f(s(a)) + f(s(s(a)) + ... + f(s(...(s(a))...))
-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,
--    suma 2 5 (1+) (^3)  ==  224
suma :: (Ord t, Num a) => t -> t -> (t -> t) -> (t -> a) -> a
suma a b s f = sum [f x | x <- sucesion a b s]

-- (sucesion x y s) es la lista
--    [a, s(a), s(s(a), ..., s(...(s(a))...)]
-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,
--    sucesion 3 20 (+2)  ==  [3,5,7,9,11,13,15,17,19]
sucesion :: Ord a => a -> a -> (a -> a) -> [a]
sucesion a b s = takeWhile (<=b) (iterate s a)

-- 2ª solución
-- ===========

integral2 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a
integral2 a b f h
    | a+h/2 > b = 0
    | otherwise = h * f (a+h/2) + integral2 (a+h) b f h

-- 3ª solución
-- ===========

integral3 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a
integral3 a b f h = aux a where
    aux x | x+h/2 > b = 0
          | otherwise = h * f (x+h/2) + aux (x+h)

-- 1ª solución

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

integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

integral a b f h = h * suma (a+h/2) b (+h) f

-- (suma a b s f) es l valor de

-- f(a) + f(s(a)) + f(s(s(a)) + ... + f(s(...(s(a))...))

-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,

-- suma 2 5 (1+) (^3) == 224

suma :: (Ord t, Num a) => t -> t -> (t -> t) -> (t -> a) -> a

suma a b s f = sum [f x | x <- sucesion a b s]

-- (sucesion x y s) es la lista

-- [a, s(a), s(s(a), ..., s(...(s(a))...)]

-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,

-- sucesion 3 20 (+2) == [3,5,7,9,11,13,15,17,19]

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

sucesion a b s = takeWhile (<=b) (iterate s a)

-- 2ª solución

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

integral2 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

integral2 a b f h

| a+h/2 > b = 0

| otherwise = h * f (a+h/2) + integral2 (a+h) b f h

-- 3ª solución

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

integral3 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

integral3 a b f h = aux a where

aux x | x+h/2 > b = 0

| otherwise = h * f (x+h/2) + aux (x+h)

Solución en Maxima

integral (a,b,f,h) := block ([c:a+h/2, s:0],
  while c <= b do
    ( s : s + f(c),
      c : c+h),
  float(h*s))$

integral (a,b,f,h) := block ([c:a+h/2, s:0],

while c <= b do

( s : s + f(c),

c : c+h),

float(h*s))$

Nota: En Maxima esta definida la función integrate para calcular integrales definidas. Por ejemplo,

     (%i7) integrate (x^3,x,0,1);
           1
     (%o7) -
           4
     (%i8) %, numer;
     (%o8) 0.25

(%i7) integrate (x^3,x,0,1);

(%o7) -

(%i8) %, numer;

(%o8) 0.25

Regresión lineal

PorJosé A. Alonso 22-febrero-201626-marzo-2022

Dadas dos listas de valores

   xs = [x(1), x(2), ..., x(n)]
   ys = [y(1), y(2), ..., y(n)]

1 2	xs = [x(1), x(2), ..., x(n)] ys = [y(1), y(2), ..., y(n)]

la ecuación de la recta de regresión de ys sobre xs es y = a+bx, donde

   b = (nΣx(i)y(i) - Σx(i)Σy(i)) / (nΣx(i)² - (Σx(i))²)
   a = (Σy(i) - bΣx(i)) / n

1 2	b = (nΣx(i)y(i) - Σx(i)Σy(i)) / (nΣx(i)² - (Σx(i))²) a = (Σy(i) - bΣx(i)) / n

Definir la función

   regresionLineal :: [Double] -> [Double] -> (Double,Double)

1	regresionLineal :: [Double] -> [Double] -> (Double,Double)

tal que (regresionLineal xs ys) es el par (a,b) de los coeficientes de la recta de regresión de ys sobre xs. Por ejemplo, para los valores

   ejX, ejY :: [Double]
   ejX = [5,  7, 10, 12, 16, 20, 23, 27, 19, 14]
   ejY = [9, 11, 15, 16, 20, 24, 27, 29, 22, 20]

ejX, ejY :: [Double]

ejX = [5, 7, 10, 12, 16, 20, 23, 27, 19, 14]

ejY = [9, 11, 15, 16, 20, 24, 27, 29, 22, 20]

se tiene

   λ> regresionLineal ejX ejY
   (5.195045748716805,0.9218924347243919)

1 2	λ> regresionLineal ejX ejY (5.195045748716805,0.9218924347243919)

Definir el procedimiento

   grafica :: [Double] -> [Double] -> IO ()

1	grafica :: [Double] -> [Double] -> IO ()

tal que (grafica xs ys) pinte los puntos correspondientes a las listas de valores xs e ys y su recta de regresión. Por ejemplo, con (grafica ejX ejY) se obtiene el siguiente dibujo

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

ejX, ejY :: [Double]
ejX = [5,  7, 10, 12, 16, 20, 23, 27, 19, 14]
ejY = [9, 11, 15, 16, 20, 24, 27, 29, 22, 20]

regresionLineal :: [Double] -> [Double] -> (Double,Double)
regresionLineal xs ys = (a,b)
    where n     = fromIntegral (length xs)
          sumX  = sum xs
          sumY  = sum ys
          sumX2 = sum (zipWith (*) xs xs)
          sumY2 = sum (zipWith (*) ys ys)
          sumXY = sum (zipWith (*) xs ys)
          b     = (n*sumXY - sumX*sumY) / (n*sumX2 - sumX^2)
          a     = (sumY - b*sumX) / n

grafica :: [Double] -> [Double] -> IO ()
grafica xs ys = 
    plotPathsStyle 
      [YRange (0,10+mY)] 
      [(defaultStyle {plotType = Points,
                      lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Datos",
                                              PointType 2,
                                              PointSize 2.5]},
                     zip xs ys),
       (defaultStyle {plotType = Lines,
                      lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Ajuste",
                                              LineWidth 2]},
                     [(x,a+b*x) | x <- [0..mX]])]
    where (a,b) = regresionLineal xs ys                      
          mX    = maximum xs 
          mY    = maximum ys

import Graphics.Gnuplot.Simple

ejX, ejY :: [Double]

ejX = [5, 7, 10, 12, 16, 20, 23, 27, 19, 14]

ejY = [9, 11, 15, 16, 20, 24, 27, 29, 22, 20]

regresionLineal :: [Double] -> [Double] -> (Double,Double)

regresionLineal xs ys = (a,b)

where n = fromIntegral (length xs)

sumX = sum xs

sumY = sum ys

sumX2 = sum (zipWith (*) xs xs)

sumY2 = sum (zipWith (*) ys ys)

sumXY = sum (zipWith (*) xs ys)

b = (n*sumXY - sumX*sumY) / (n*sumX2 - sumX^2)

a = (sumY - b*sumX) / n

grafica :: [Double] -> [Double] -> IO ()

grafica xs ys =

plotPathsStyle

[YRange (0,10+mY)]

[(defaultStyle {plotType = Points,

lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Datos",

PointType 2,

PointSize 2.5]},

zip xs ys),

(defaultStyle {plotType = Lines,

lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Ajuste",

LineWidth 2]},

[(x,a+b*x) | x <- [0..mX]])]

where (a,b) = regresionLineal xs ys

mX = maximum xs

mY = maximum ys

Sumas digitales de primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 22-enero-20161-mayo-2016

Definir la función

   primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas :: Int -> [[Integer]]

1	primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas :: Int -> [[Integer]]

tal que (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas k) es la sucesión de listas de k primos consecutivos tales que las sumas ordenadas de sus dígitos también son primos consecutivos. Por ejemplo,

   λ> take 5 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 2)
   [[2,3],[3,5],[5,7],[41,43],[43,47]]
   λ> take 5 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 3)
   [[2,3,5],[3,5,7],[41,43,47],[191,193,197],[193,197,199]]
   λ> take 4 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 4)
   [[2,3,5,7],[3,5,7,11],[191,193,197,199],[821,823,827,829]]
   λ> primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 4 !! 50
   [129197,129209,129221,129223]

λ> take 5 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 2)

[[2,3],[3,5],[5,7],[41,43],[43,47]]

λ> take 5 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 3)

[[2,3,5],[3,5,7],[41,43,47],[191,193,197],[193,197,199]]

λ> take 4 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 4)

[[2,3,5,7],[3,5,7,11],[191,193,197,199],[821,823,827,829]]

λ> primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 4 !! 50

[129197,129209,129221,129223]

Soluciones

import Data.Char (digitToInt)
import Data.List (isPrefixOf, sort, tails)
import Data.Numbers.Primes

primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas :: Int -> [[Integer]]
primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas k = 
    [xs | xs <- map (take k) (tails primes),
          primosConsecutivos (sort (map sumaDigital xs))]

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 325  ==  [3,2,5]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n = [read [d] | d <- show n]

-- (sumaDigital n) es la suma de los dígitos de n. Por ejemplo, 
--    sumaDigital 325  ==  10
sumaDigital :: Integer -> Integer
sumaDigital = sum . digitos

-- (primosConsecutivos xs) se verifica si xs es una lista de primos
-- consecutivos. Por ejemplo,
--    primosConsecutivos [5,7,11]  ==  True
--    primosConsecutivos [5,7,17]  ==  False
primosConsecutivos :: [Integer] -> Bool
primosConsecutivos (x:xs) =
    isPrefixOf (x:xs) (dropWhile (<x) primes)

import Data.Char (digitToInt)

import Data.List (isPrefixOf, sort, tails)

import Data.Numbers.Primes

primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas :: Int -> [[Integer]]

primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas k =

[xs | xs <- map (take k) (tails primes),

primosConsecutivos (sort (map sumaDigital xs))]

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,

-- digitos 325 == [3,2,5]

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos n = [read [d] | d <- show n]

-- (sumaDigital n) es la suma de los dígitos de n. Por ejemplo,

-- sumaDigital 325 == 10

sumaDigital :: Integer -> Integer

sumaDigital = sum . digitos

-- (primosConsecutivos xs) se verifica si xs es una lista de primos

-- consecutivos. Por ejemplo,

-- primosConsecutivos [5,7,11] == True

-- primosConsecutivos [5,7,17] == False

primosConsecutivos :: [Integer] -> Bool

primosConsecutivos (x:xs) =

isPrefixOf (x:xs) (dropWhile (<x) primes)

Referencias

Basado en el artículo DigitSums of some consecutive primes del blog Fun With Num3ers.

Puntos visibles en la cuadrícula de un plano

PorJosé A. Alonso 13-enero-20161-mayo-2016

La cuadrícula entera de lado n, Cₙ, es el conjunto de los puntos (x,y) donde x e y son números enteros tales que 1 ≤ x, y ≤ n.

Un punto (x,y) de Cₙ es visible desde el origen si el máximo común divisor de x e y es 1. Por ejemplo, el punto (4,6) no es visible porque está ocultado por el (2,3); en cambio, el (2,3) sí es visible.

El conjunto de los puntos visibles en la cuadrícula entera de lado 6 son (1,1), (1,2), (1,3), (1,4), (1,5), (1,6), (2,1), (2,3), (2,5), (3,1), (3,2), (3,4), (3,5), (4,1), (4,3), (4,5), (5,1), (5,2), (5,3), (5,4), (5,6), (6,1) y (6,5).

Definir la función

   nVisibles :: Integer -> Integer

1	nVisibles :: Integer -> Integer

tal que (nVisibles n) es el número de los puntos visibles en la cuadrícula de lado n.Por ejemplo,

   nVisibles 6       ==  23
   nVisibles 10      ==  63
   nVisibles 100     ==  6087
   nVisibles 1000    ==  608383
   nVisibles 10000   ==  60794971
   nVisibles 100000  ==  6079301507

nVisibles 6 == 23

nVisibles 10 == 63

nVisibles 100 == 6087

nVisibles 1000 == 608383

nVisibles 10000 == 60794971

nVisibles 100000 == 6079301507

Soluciones

import Data.List (genericLength, group, sort)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

type Punto = (Integer,Integer)

-- (visible p) se verifica si el punto p es visible. Por ejemplo,
--    visible (4,5)  ==  True
--    visible (4,6)  ==  False
visible :: Punto -> Bool
visible (x,y) = gcd x y == 1

-- (visibles n) es el conjunto de los puntos visibles en la cuadrícula
-- de lado 1. Por ejemplo,
-- cuadrado 1 <= x, y <= n. Por ejemplo,
--    λ> sort (visibles 6)
--    [(1,1),(1,2),(1,3),(1,4),(1,5),(1,6),(2,1),(2,3),(2,5),(3,1),(3,2),(3,4),
--     (3,5),(4,1),(4,3),(4,5),(5,1),(5,2),(5,3),(5,4),(5,6),(6,1),(6,5)]

-- 1ª definición de visibles
visibles1 :: Integer -> [Punto]
visibles1 n = [(x,y) | x <- [1..n], y <- [1..n], visible (x,y)]

-- 2ª definición de visibles
visibles2 :: Integer -> [Punto]
visibles2 n = (1,1) : ps ++ [(y,x) | (x,y) <- ps] 
    where ps = [(x,y) | x <- [1..n], y <- [x+1..n], visible (x,y)]

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

--    λ> length (visibles1 1000)
--    608383
--    (3.40 secs, 758,346,208 bytes)
--    λ> length (visibles2 1000)
--    608383
--    (2.22 secs, 464,276,856 bytes)

-- Usaremos la 2ª definición de visibles
visibles :: Integer -> [Punto]
visibles = visibles2

-- 1ª definición de nVisibles
nVisibles1 :: Integer -> Integer
nVisibles1 = genericLength . visibles


-- 2ª definición de nVisibles
nVisibles2 :: Integer -> Integer
nVisibles2 n = 
    1 + 2 * genericLength [(x,y) | x <- [1..n], 
                                   y <- [x+1..n], 
                                   visible (x,y)]

-- 3ª definición de nVisibles
nVisibles3 :: Integer -> Integer
nVisibles3 1 = 1
nVisibles3 n = nVisibles3 (n-1) + (2 * phi n)

-- La función φ de Euler (del ejercicio anterior).
phi :: Integer -> Integer
phi n = product [(p-1)*p^(e-1) | (p,e) <- factorizacion n] 
    
factorizacion :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacion n =
    [(head xs,genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

-- 4ª definición de nVisibles
nVisibles4 :: Integer -> Integer
nVisibles4 n = 2 * sum [phi x | x <- [1..n]] - 1

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

--    λ> nVisibles1 1000
--    608383
--    (2.69 secs, 521,599,512 bytes)
--    λ> nVisibles2 1000
--    608383
--    λ> nVisibles3 1000
--    608383
--    (0.05 secs, 0 bytes)
--    λ> nVisibles4 1000
--    608383
--    (0.04 secs, 0 bytes)

import Data.List (genericLength, group, sort)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

type Punto = (Integer,Integer)

-- (visible p) se verifica si el punto p es visible. Por ejemplo,

-- visible (4,5) == True

-- visible (4,6) == False

visible :: Punto -> Bool

visible (x,y) = gcd x y == 1

-- (visibles n) es el conjunto de los puntos visibles en la cuadrícula

-- de lado 1. Por ejemplo,

-- cuadrado 1 <= x, y <= n. Por ejemplo,

-- λ> sort (visibles 6)

-- [(1,1),(1,2),(1,3),(1,4),(1,5),(1,6),(2,1),(2,3),(2,5),(3,1),(3,2),(3,4),

-- (3,5),(4,1),(4,3),(4,5),(5,1),(5,2),(5,3),(5,4),(5,6),(6,1),(6,5)]

-- 1ª definición de visibles

visibles1 :: Integer -> [Punto]

visibles1 n = [(x,y) | x <- [1..n], y <- [1..n], visible (x,y)]

-- 2ª definición de visibles

visibles2 :: Integer -> [Punto]

visibles2 n = (1,1) : ps ++ [(y,x) | (x,y) <- ps]

where ps = [(x,y) | x <- [1..n], y <- [x+1..n], visible (x,y)]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (visibles1 1000)

-- 608383

-- (3.40 secs, 758,346,208 bytes)

-- λ> length (visibles2 1000)

-- 608383

-- (2.22 secs, 464,276,856 bytes)

-- Usaremos la 2ª definición de visibles

visibles :: Integer -> [Punto]

visibles = visibles2

-- 1ª definición de nVisibles

nVisibles1 :: Integer -> Integer

nVisibles1 = genericLength . visibles

-- 2ª definición de nVisibles

nVisibles2 :: Integer -> Integer

nVisibles2 n =

1 + 2 * genericLength [(x,y) | x <- [1..n],

y <- [x+1..n],

visible (x,y)]

-- 3ª definición de nVisibles

nVisibles3 :: Integer -> Integer

nVisibles3 1 = 1

nVisibles3 n = nVisibles3 (n-1) + (2 * phi n)

-- La función φ de Euler (del ejercicio anterior).

phi :: Integer -> Integer

phi n = product [(p-1)*p^(e-1) | (p,e) <- factorizacion n]

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

factorizacion n =

[(head xs,genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

-- 4ª definición de nVisibles

nVisibles4 :: Integer -> Integer

nVisibles4 n = 2 * sum [phi x | x <- [1..n]] - 1

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nVisibles1 1000

-- 608383

-- (2.69 secs, 521,599,512 bytes)

-- λ> nVisibles2 1000

-- 608383

-- λ> nVisibles3 1000

-- 608383

-- (0.05 secs, 0 bytes)

-- λ> nVisibles4 1000

-- 608383

-- (0.04 secs, 0 bytes)

Referencias

N.J.A. Sloane, Sucesión A018805 en OEIS.

2016 es un número práctico

PorJosé A. Alonso 4-enero-20161-mayo-2016

Un entero positivo n es un número práctico si todos los enteros positivos menores que él se pueden expresar como suma de distintos divisores de n. Por ejemplo, el 12 es un número práctico, ya que todos los enteros positivos menores que 12 se pueden expresar como suma de divisores de 12 (1, 2, 3, 4 y 6) sin usar ningún divisor más de una vez en cada suma:

    1 = 1
    2 = 2
    3 = 3
    4 = 4
    5 = 2 + 3
    6 = 6
    7 = 1 + 6
    8 = 2 + 6
    9 = 3 + 6
   10 = 4 + 6
   11 = 1 + 4 + 6

1 = 1

2 = 2

3 = 3

4 = 4

5 = 2 + 3

6 = 6

7 = 1 + 6

8 = 2 + 6

9 = 3 + 6

10 = 4 + 6

11 = 1 + 4 + 6

En cambio, 14 no es un número práctico ya que 6 no se puede escribir como suma, con sumandos distintos, de divisores de 14.

Definir la función

   esPractico :: Integer -> Bool

1	esPractico :: Integer -> Bool

tal que (esPractico n) se verifica si n es un número práctico. Por ejemplo,

   esPractico 12                                      ==  True
   esPractico 14                                      ==  False
   esPractico 2016                                    ==  True
   esPractico 42535295865117307932921825928971026432  ==  True

esPractico 12 == True

esPractico 14 == False

esPractico 2016 == True

esPractico 42535295865117307932921825928971026432 == True

Soluciones

import Data.List (genericLength, group, nub, sort, subsequences)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición
-- =============

esPractico1 :: Integer -> Bool
esPractico1 n =
    takeWhile (<n) (sumas (divisores n)) == [0..n-1]

-- (divisores n) es la lista de los divisores de n. Por ejemplo,
--    divisores 12  ==  [1,2,3,4,6]
--    divisores 14  ==  [1,2,7]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores n = [k | k <- [1..n-1], n `mod` k == 0]

-- (sumas xs) es la lista ordenada de números que se pueden obtener como
-- sumas de elementos de xs sin usar ningún elemento más de una vez en
-- cada suma. Por ejemplo,  
--    sumas [1,2,3]  ==  [0,1,2,3,4,5,6]
--    sumas [1,2,7]  ==  [0,1,2,3,7,8,9,10]
sumas :: [Integer] -> [Integer]
sumas xs = sort (nub (map sum (subsequences xs)))

-- 2ª definición
-- =============

esPractico2 :: Integer -> Bool
esPractico2 n = all (esSumable (divisores n)) [1..n-1]

-- (esSumable xs n) se verifica si n se puede escribir como una suma de
-- elementos distintos de la lista creciente xs. Por ejemplo,
--    esSumable [1,2,7] 8  ==  True
--    esSumable [1,2,7] 6  ==  False
--    esSumable [1,2,7] 4  ==  False
--    esSumable [1,2,7] 2  ==  True
--    esSumable [1,2,7] 0  ==  True
esSumable :: [Integer] -> Integer -> Bool
esSumable _ 0  = True
esSumable [] _ = False
esSumable (x:xs) n = x <= n && (esSumable xs (n-x) || esSumable xs n)

-- 3ª definición
-- =============

-- Usando la caracterización de Stewart y Sierpiński: un entero n >= 2
-- es práctico syss para su factorización prima
--    n = p(1)^e(1) * p(2)*e(2) *...* p(k)^e(k)
-- se cumple que p(1) = 2 y, para cada i de 2 a k se cumple que
--                         1+e(j) 
--                i-1  p(j)       - 1
--    p(i) <= 1 +  ∏  ----------------
--                j=1     p(j) - 1

esPractico3 :: Integer -> Bool
esPractico3 1 = True
esPractico3 n = 
    x == 2 &&
    and [p <= 1 + c | (p,c) <- zip bases cotas]
    where xss       = factorizacion n
          (x:bases) = map fst xss
          cotas     = scanl1 (*) [(p^(1+e)-1) `div` (p-1) | (p,e) <- xss]

-- (factorizacion n) es la factorización de n. Por ejemplo, 
--    factorizacion  600  ==  [(2,3),(3,1),(5,2)]
--    factorizacion 1400  ==  [(2,3),(5,2),(7,1)]
factorizacion :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacion n =
    [(head xs,genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

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

--    λ> length [n | n <- [1..400], esPractico1 n]
--    92
--    (40.21 secs, 8,378,539,464 bytes)
--    λ> length [n | n <- [1..400], esPractico2 n]
--    92
--    (8.29 secs, 1,109,669,760 bytes)
--    λ> length [n | n <- [1..400], esPractico3 n]
--    92
--    (0.02 secs, 0 bytes)

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

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición

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

esPractico1 :: Integer -> Bool

esPractico1 n =

takeWhile (<n) (sumas (divisores n)) == [0..n-1]

-- (divisores n) es la lista de los divisores de n. Por ejemplo,

-- divisores 12 == [1,2,3,4,6]

-- divisores 14 == [1,2,7]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores n = [k | k <- [1..n-1], n `mod` k == 0]

-- (sumas xs) es la lista ordenada de números que se pueden obtener como

-- sumas de elementos de xs sin usar ningún elemento más de una vez en

-- cada suma. Por ejemplo,

-- sumas [1,2,3] == [0,1,2,3,4,5,6]

-- sumas [1,2,7] == [0,1,2,3,7,8,9,10]

sumas :: [Integer] -> [Integer]

sumas xs = sort (nub (map sum (subsequences xs)))

-- 2ª definición

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

esPractico2 :: Integer -> Bool

esPractico2 n = all (esSumable (divisores n)) [1..n-1]

-- (esSumable xs n) se verifica si n se puede escribir como una suma de

-- elementos distintos de la lista creciente xs. Por ejemplo,

-- esSumable [1,2,7] 8 == True

-- esSumable [1,2,7] 6 == False

-- esSumable [1,2,7] 4 == False

-- esSumable [1,2,7] 2 == True

-- esSumable [1,2,7] 0 == True

esSumable :: [Integer] -> Integer -> Bool

esSumable _ 0 = True

esSumable [] _ = False

esSumable (x:xs) n = x <= n && (esSumable xs (n-x) || esSumable xs n)

-- 3ª definición

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

-- Usando la caracterización de Stewart y Sierpiński: un entero n >= 2

-- es práctico syss para su factorización prima

-- n = p(1)^e(1) * p(2)*e(2) *...* p(k)^e(k)

-- se cumple que p(1) = 2 y, para cada i de 2 a k se cumple que

-- 1+e(j)

-- i-1 p(j) - 1

-- p(i) <= 1 + ∏ ----------------

-- j=1 p(j) - 1

esPractico3 :: Integer -> Bool

esPractico3 1 = True

esPractico3 n =

x == 2 &&

and [p <= 1 + c | (p,c) <- zip bases cotas]

where xss = factorizacion n

(x:bases) = map fst xss

cotas = scanl1 (*) [(p^(1+e)-1) `div` (p-1) | (p,e) <- xss]

-- (factorizacion n) es la factorización de n. Por ejemplo,

-- factorizacion 600 == [(2,3),(3,1),(5,2)]

-- factorizacion 1400 == [(2,3),(5,2),(7,1)]

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

factorizacion n =

[(head xs,genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length [n | n <- [1..400], esPractico1 n]

-- 92

-- (40.21 secs, 8,378,539,464 bytes)

-- λ> length [n | n <- [1..400], esPractico2 n]

-- 92

-- (8.29 secs, 1,109,669,760 bytes)

-- λ> length [n | n <- [1..400], esPractico3 n]

-- 92

-- (0.02 secs, 0 bytes)

Referencias

Basado en el artículo de Gaussianos Feliz Navidad y Feliz Año (número práctico) 2016.

Otras referencias

M. Margenstern (1991), Les nombres pratiques: théorie, observations et conjectures.
G. Melfi, Practical numbers.
G. Melfi (2008), A survey on practical numbers.
OEIS, Sucesión A005153.
PlanetMath.org, Practical number.
E.W. Weisstein, Practical number.
A. Weingartner (2015), Practical numbers and the distribution of divisors.
Wikipedia, Practical number.

Suma con redondeos

PorJosé A. Alonso 1-enero-20167-enero-2016

Definir las funciones

   sumaRedondeos       :: Integer -> [Integer]
   limiteSumaRedondeos :: Integer -> Integer

1 2	sumaRedondeos :: Integer -> [Integer] limiteSumaRedondeos :: Integer -> Integer

tales que

(sumaRedondeos n) es la sucesión cuyo k-ésimo término es

     redondeo (n/2) + redondeo (n/4) + ... + redondeo (n/2^k)

1	redondeo (n/2) + redondeo (n/4) + ... + redondeo (n/2^k)

Por ejemplo,

     take 5 (sumaRedondeos 1000)  ==  [500,750,875,937,968]

1	take 5 (sumaRedondeos 1000) == [500,750,875,937,968]

(limiteSumaRedondeos n) es la suma de la serie

     redondeo (n/2) + redondeo (n/4) + redondeo (n/8) + ...

1	redondeo (n/2) + redondeo (n/4) + redondeo (n/8) + ...

Por ejemplo,

     limiteSumaRedondeos 2000                    ==  1999
     limiteSumaRedondeos 2016                    ==  2016
     limiteSumaRedondeos (10^308) `mod` (10^10)  ==  123839487

limiteSumaRedondeos 2000 == 1999

limiteSumaRedondeos 2016 == 2016

limiteSumaRedondeos (10^308) `mod` (10^10) == 123839487

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

sumaRedondeos1 :: Integer -> [Integer]
sumaRedondeos1 n =
    [sum [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..m]] | m <- [1..]]
    where n' = fromIntegral n

limiteSumaRedondeos1 :: Integer -> Integer
limiteSumaRedondeos1 = limite . sumaRedondeos1

limite :: [Integer] -> Integer
limite xs = head [x | (x,y) <- zip xs (tail xs), x == y]

-- 2ª definición
sumaRedondeos2 :: Integer -> [Integer]
sumaRedondeos2 n =
    scanl1 (+) [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..]]
    where n' = fromIntegral n

limiteSumaRedondeos2 :: Integer -> Integer
limiteSumaRedondeos2 = limite . sumaRedondeos2

-- 3ª definición
sumaRedondeos3 :: Integer -> [Integer]
sumaRedondeos3 n = map fst (iterate f (round (n'/2),4))
    where f (s,d) = (s + round (n'/(fromIntegral d)), 2*d)
          n'      = fromIntegral n

limiteSumaRedondeos3 :: Integer -> Integer
limiteSumaRedondeos3 = limite . sumaRedondeos3

-- 4ª definición
sumaRedondeos4 :: Integer -> [Integer]
sumaRedondeos4 n = xs ++ repeat x
    where n' = fromIntegral n
          m  = round (logBase 2 n')
          xs = scanl1 (+) [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..m]]
          x  = last xs

limiteSumaRedondeos4 :: Integer -> Integer
limiteSumaRedondeos4 = limite . sumaRedondeos4

-- Comparación de eficiencia
--    λ> (sumaRedondeos1 4) !! 20000
--    3
--    (0.92 secs, 197,782,232 bytes)
--    λ> (sumaRedondeos1 4) !! 30000
--    3
--    (2.20 secs, 351,084,816 bytes)
--    λ> (sumaRedondeos3 4) !! 20000
--    3
--    (0.30 secs, 53,472,392 bytes)
--    λ> (sumaRedondeos4 4) !! 20000
--    3
--    (0.01 secs, 0 bytes)

-- En lo que sigue, usaremos la 3ª definición
sumaRedondeos :: Integer -> [Integer]
sumaRedondeos = sumaRedondeos3

-- 5ª definición
-- =============

limiteSumaRedondeos5 :: Integer -> Integer
limiteSumaRedondeos5 n = 
    sum [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..m]]
    where n' = fromIntegral n
          m  = round (logBase 2 n')

-- 1ª definición

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

sumaRedondeos1 :: Integer -> [Integer]

sumaRedondeos1 n =

[sum [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..m]] | m <- [1..]]

where n' = fromIntegral n

limiteSumaRedondeos1 :: Integer -> Integer

limiteSumaRedondeos1 = limite . sumaRedondeos1

limite :: [Integer] -> Integer

limite xs = head [x | (x,y) <- zip xs (tail xs), x == y]

-- 2ª definición

sumaRedondeos2 :: Integer -> [Integer]

sumaRedondeos2 n =

scanl1 (+) [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..]]

where n' = fromIntegral n

limiteSumaRedondeos2 :: Integer -> Integer

limiteSumaRedondeos2 = limite . sumaRedondeos2

-- 3ª definición

sumaRedondeos3 :: Integer -> [Integer]

sumaRedondeos3 n = map fst (iterate f (round (n'/2),4))

where f (s,d) = (s + round (n'/(fromIntegral d)), 2*d)

n' = fromIntegral n

limiteSumaRedondeos3 :: Integer -> Integer

limiteSumaRedondeos3 = limite . sumaRedondeos3

-- 4ª definición

sumaRedondeos4 :: Integer -> [Integer]

sumaRedondeos4 n = xs ++ repeat x

where n' = fromIntegral n

m = round (logBase 2 n')

xs = scanl1 (+) [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..m]]

x = last xs

limiteSumaRedondeos4 :: Integer -> Integer

limiteSumaRedondeos4 = limite . sumaRedondeos4

-- Comparación de eficiencia

-- λ> (sumaRedondeos1 4) !! 20000

-- 3

-- (0.92 secs, 197,782,232 bytes)

-- λ> (sumaRedondeos1 4) !! 30000

-- 3

-- (2.20 secs, 351,084,816 bytes)

-- λ> (sumaRedondeos3 4) !! 20000

-- 3

-- (0.30 secs, 53,472,392 bytes)

-- λ> (sumaRedondeos4 4) !! 20000

-- 3

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- En lo que sigue, usaremos la 3ª definición

sumaRedondeos :: Integer -> [Integer]

sumaRedondeos = sumaRedondeos3

-- 5ª definición

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

limiteSumaRedondeos5 :: Integer -> Integer

limiteSumaRedondeos5 n =

sum [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..m]]

where n' = fromIntegral n

m = round (logBase 2 n')

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