tail

Exterior de árboles

PorJosé A. Alonso 6-febrero-20196-marzo-2019

Los árboles binarios con datos en las hojas y los nodos se definen por

   data Arbol = H Int
              | N Int Arbol Arbol 
     deriving Show

data Arbol = H Int

| N Int Arbol Arbol

deriving Show

Por ejemplo, los árboles

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

3 3 3

/ \ / \ / \

2 8 2 8 2 8

/ \ / \ / \ / \ / \ / \

5 7 6 9 5 7 6 9 5 7 6 9

/ \ / \ / \

1 4 1 4 1 4

se representan por

   ejArbol1, ejArbol2, ejArbol3 :: Arbol 
   ejArbol1 = N 3
                (N 2 
                   (N 5 (H 1) (H 4))
                   (H 7))
                (N 8 (H 6) (H 9))
   ejArbol2 = N 3
                (N 2 (H 5) (H 7))
                (N 8 (N 6 (H 1) (H 4))
                     (H 9))
   ejArbol3 = N 3
                (N 2 (H 5) (H 7))
                (N 8 (H 6)
                     (N 9 (H 1) (H 4)))

ejArbol1, ejArbol2, ejArbol3 :: Arbol

ejArbol1 = N 3

(N 2

(N 5 (H 1) (H 4))

(H 7))

(N 8 (H 6) (H 9))

ejArbol2 = N 3

(N 2 (H 5) (H 7))

(N 8 (N 6 (H 1) (H 4))

(H 9))

ejArbol3 = N 3

(N 2 (H 5) (H 7))

(N 8 (H 6)

(N 9 (H 1) (H 4)))

Definir la función

   exterior :: Arbol -> [Int]

1	exterior :: Arbol -> [Int]

tal que (exterior a) es la lista de los elementos exteriores del árbol a. Por ejemplo,

   exterior ejArbol1  ==  [3,2,5,1,4,7,6,9,8]
   exterior ejArbol2  ==  [3,2,5,7,1,4,9,8]
   exterior ejArbol3  ==  [3,2,5,7,6,1,4,9,8]

exterior ejArbol1 == [3,2,5,1,4,7,6,9,8]

exterior ejArbol2 == [3,2,5,7,1,4,9,8]

exterior ejArbol3 == [3,2,5,7,6,1,4,9,8]

El orden de los elementos es desde la raíz hasta el extremo inferior izquierdo desde él hasta el inferior derecho y desde él hasta la raíz.

Soluciones

data Arbol = H Int
           | N Int Arbol Arbol 
  deriving Show

ejArbol1, ejArbol2, ejArbol3 :: Arbol 
ejArbol1 = N 3
             (N 2 
                (N 5 (H 1) (H 4))
                (H 7))
             (N 8 (H 6) (H 9))
ejArbol2 = N 3
             (N 2 (H 5) (H 7))
             (N 8 (N 6 (H 1) (H 4))
                  (H 9))
ejArbol3 = N 3
             (N 2 (H 5) (H 7))
             (N 8 (H 6)
                  (N 9 (H 1) (H 4)))

exterior :: Arbol -> [Int]
exterior a =
  ramaIzquierda a ++ hojas a ++ reverse (tail (ramaDerecha a))

-- (ramaIzquierda a) es la rama izquierda del árbol a. Por ejemplo,
--    ramaIzquierda ejArbol1  ==  [3,2,5]
--    ramaIzquierda ejArbol3  ==  [3,2]
ramaIzquierda :: Arbol -> [Int]
ramaIzquierda (H _)     = []
ramaIzquierda (N x i _) = x : ramaIzquierda i

-- (ramaDerecha a) es la rama derecha del árbol a. Por ejemplo,
--    ramaDerecha ejArbol1  ==  [3,8]
--    ramaDerecha ejArbol3  ==  [3,8,9]
ramaDerecha :: Arbol -> [Int]
ramaDerecha (H _)     = []
ramaDerecha (N x _ d) = x : ramaDerecha d

-- (hojas a) es la lista de las hojas del árbol a. Por ejemplo,
--    hojas ejArbol1  ==  [1,4,7,6,9]
--    hojas ejArbol3  ==  [5,7,6,1,4]
hojas :: Arbol -> [Int]
hojas (H x)     = [x]
hojas (N _ i d) = hojas i ++ hojas d

data Arbol = H Int

| N Int Arbol Arbol

deriving Show

ejArbol1, ejArbol2, ejArbol3 :: Arbol

ejArbol1 = N 3

(N 2

(N 5 (H 1) (H 4))

(H 7))

(N 8 (H 6) (H 9))

ejArbol2 = N 3

(N 2 (H 5) (H 7))

(N 8 (N 6 (H 1) (H 4))

(H 9))

ejArbol3 = N 3

(N 2 (H 5) (H 7))

(N 8 (H 6)

(N 9 (H 1) (H 4)))

exterior :: Arbol -> [Int]

exterior a =

ramaIzquierda a ++ hojas a ++ reverse (tail (ramaDerecha a))

-- (ramaIzquierda a) es la rama izquierda del árbol a. Por ejemplo,

-- ramaIzquierda ejArbol1 == [3,2,5]

-- ramaIzquierda ejArbol3 == [3,2]

ramaIzquierda :: Arbol -> [Int]

ramaIzquierda (H _) = []

ramaIzquierda (N x i _) = x : ramaIzquierda i

-- (ramaDerecha a) es la rama derecha del árbol a. Por ejemplo,

-- ramaDerecha ejArbol1 == [3,8]

-- ramaDerecha ejArbol3 == [3,8,9]

ramaDerecha :: Arbol -> [Int]

ramaDerecha (H _) = []

ramaDerecha (N x _ d) = x : ramaDerecha d

-- (hojas a) es la lista de las hojas del árbol a. Por ejemplo,

-- hojas ejArbol1 == [1,4,7,6,9]

-- hojas ejArbol3 == [5,7,6,1,4]

hojas :: Arbol -> [Int]

hojas (H x) = [x]

hojas (N _ i d) = hojas i ++ hojas d

Pensamiento

¿Dónde está la utilidad
de nuestras utilidades?
Volvamos a la verdad:
vanidad de vanidades.

Antonio Machado

Medias de dígitos de pi

PorJosé A. Alonso 5-febrero-201925-abril-2021

El fichero Digitos_de_pi.txt contiene el número pi con un millón de decimales; es decir,

   3.1415926535897932384626433832 ... 83996346460422090106105779458151

1	3.1415926535897932384626433832 ... 83996346460422090106105779458151

Definir las funciones

   mediasDigitosDePi        :: IO [Double]
   graficaMediasDigitosDePi :: Int -> IO ()

1 2	mediasDigitosDePi :: IO [Double] graficaMediasDigitosDePi :: Int -> IO ()

tales que

mediasDigitosDePi es la sucesión cuyo n-ésimo elemento es la media de los n primeros dígitos de pi. Por ejemplo,

     λ> xs <- mediasDigitosDePi
     λ> take 5 xs
     [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0]
     λ> take 10 xs
     [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]
     λ> take 10 <$> mediasDigitosDePi
     [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]

λ> xs <- mediasDigitosDePi

λ> take 5 xs

[1.0,2.5,2.0,2.75,4.0]

λ> take 10 xs

[1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]

λ> take 10 <$> mediasDigitosDePi

[1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]

(graficaMediasDigitosDePi n) dibuja la gráfica de los n primeros términos de mediasDigitosDePi. Por ejemplo,
- (graficaMediasDigitosDePi 20) dibuja
- (graficaMediasDigitosDePi 200) dibuja
- (graficaMediasDigitosDePi 2000) dibuja

Soluciones

import Data.Char (digitToInt)
import Data.List (genericLength, inits, tails)
import Graphics.Gnuplot.Simple ( Attribute (Key, PNG)
                               , plotList )

-- Definición de mediasDigitosDePi
-- ===============================

mediasDigitosDePi :: IO [Double]
mediasDigitosDePi = do
  (_:_:ds) <- readFile "Digitos_de_pi.txt"
  return (medias (digitos ds))

-- (digitos cs) es la lista de los digitos de cs. Por ejempplo,
--    digitos "1415926535"  ==  [1,4,1,5,9,2,6,5,3,5]
digitos :: String -> [Int]
digitos = map digitToInt

-- (medias xs) es la lista de las medias de los segmentos iniciales de
-- xs. Por ejemplo,
--    λ> medias [1,4,1,5,9,2,6,5,3,5]
--    [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]
medias :: [Int] -> [Double]
medias xs = map media (tail (inits xs))

-- (media xs) es la media aritmética de xs. Por ejemplo,
--    media [1,4,1,5,9]  ==  4.0
media :: [Int] -> Double
media xs = fromIntegral (sum xs) / genericLength xs

-- Definición de graficaMediasDigitosDePi
-- ======================================

graficaMediasDigitosDePi :: Int -> IO ()
graficaMediasDigitosDePi n = do
  xs <- mediasDigitosDePi
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("Medias_de_digitos_de_pi_" ++ show n ++ ".png")
           ]
           (take n xs)

import Data.Char (digitToInt)

import Data.List (genericLength, inits, tails)

import Graphics.Gnuplot.Simple ( Attribute (Key, PNG)

, plotList )

-- Definición de mediasDigitosDePi

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

mediasDigitosDePi :: IO [Double]

mediasDigitosDePi = do

(_:_:ds) <- readFile "Digitos_de_pi.txt"

return (medias (digitos ds))

-- (digitos cs) es la lista de los digitos de cs. Por ejempplo,

-- digitos "1415926535" == [1,4,1,5,9,2,6,5,3,5]

digitos :: String -> [Int]

digitos = map digitToInt

-- (medias xs) es la lista de las medias de los segmentos iniciales de

-- xs. Por ejemplo,

-- λ> medias [1,4,1,5,9,2,6,5,3,5]

-- [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]

medias :: [Int] -> [Double]

medias xs = map media (tail (inits xs))

-- (media xs) es la media aritmética de xs. Por ejemplo,

-- media [1,4,1,5,9] == 4.0

media :: [Int] -> Double

media xs = fromIntegral (sum xs) / genericLength xs

-- Definición de graficaMediasDigitosDePi

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

graficaMediasDigitosDePi :: Int -> IO ()

graficaMediasDigitosDePi n = do

xs <- mediasDigitosDePi

plotList [ Key Nothing

, PNG ("Medias_de_digitos_de_pi_" ++ show n ++ ".png")

]

(take n xs)

Pensamiento

Es el mejor de los buenos
quien sabe que en esta vida
todo es cuestión de medida:
un poco más, algo menos.

Antonio Machado

Triángulo de Pascal binario

PorJosé A. Alonso 31-enero-20197-febrero-2019

Los triángulos binarios de Pascal se formas a partir de una lista de ceros y unos usando las reglas del triángulo de Pascal, donde cada uno de los números es suma módulo dos de los dos situados en diagonal por encima suyo. Por ejemplo, los triángulos binarios de Pascal correspondientes a [1,0,1,1,1] y [1,0,1,1,0] son

   1 0 1 1 1   1 0 1 1 0     
    1 1 0 0     1 1 0 1  
     0 1 0       0 1 1   
      1 1         1 0    
       0           1

1 0 1 1 1 1 0 1 1 0

1 1 0 0 1 1 0 1

0 1 0 0 1 1

1 1 1 0

0 1

Sus finales, desde el extremo inferior al extremos superior derecho, son [0,1,0,0,1] y [1,0,1,1,0], respectivamente.

Una lista es Pascal capicúa si es igual a los finales de su triángulo binario de Pascal. Por ejemplo, [1,0,1,1,0] es Pascal capicúa.

Definir las funciones

   trianguloPascalBinario :: [Int] -> [[Int]]
   pascalCapicuas         :: Int -> [[Int]]
   nPascalCapicuas        :: Int -> Integer

trianguloPascalBinario :: [Int] -> [[Int]]

pascalCapicuas :: Int -> [[Int]]

nPascalCapicuas :: Int -> Integer

tales que

(trianguloPascalBinario xs) es el triágulo binario de Pascal correspondiente a la lista xs. Por ejemplo,

     λ> trianguloPascalBinario [1,0,1,1,1]
     [[1,0,1,1,1],[1,1,0,0],[0,1,0],[1,1],[0]]
     λ> trianguloPascalBinario [1,0,1,1,0]
     [[1,0,1,1,0],[1,1,0,1],[0,1,1],[1,0],[1]]

λ> trianguloPascalBinario [1,0,1,1,1]

[[1,0,1,1,1],[1,1,0,0],[0,1,0],[1,1],[0]]

λ> trianguloPascalBinario [1,0,1,1,0]

[[1,0,1,1,0],[1,1,0,1],[0,1,1],[1,0],[1]]

(pascalCapicuas n) es la lista de listas de Pascal capicúas de n elementos. Por ejemplo,

     λ> pascalCapicuas 2
     [[0,0],[1,0]]
     λ> pascalCapicuas 3
     [[0,0,0],[0,1,0],[1,0,0],[1,1,0]]
     λ> pascalCapicuas 4
     [[0,0,0,0],[0,1,1,0],[1,0,0,0],[1,1,1,0]]

λ> pascalCapicuas 2

[[0,0],[1,0]]

λ> pascalCapicuas 3

[[0,0,0],[0,1,0],[1,0,0],[1,1,0]]

λ> pascalCapicuas 4

[[0,0,0,0],[0,1,1,0],[1,0,0,0],[1,1,1,0]]

(nPascalCapicuas n) es el número de listas de Pascal capicúas de n elementos. Por ejemplo,

     λ> nPascalCapicuas 2
     2
     λ> nPascalCapicuas 3
     4
     λ> nPascalCapicuas 4
     4
     λ> nPascalCapicuas 400
     1606938044258990275541962092341162602522202993782792835301376
     λ> length (show (nPascalCapicuas (10^5)))
     15052
     λ> length (show (nPascalCapicuas (10^6)))
     150515
     λ> length (show (nPascalCapicuas (10^7)))
     1505150

λ> nPascalCapicuas 2

λ> nPascalCapicuas 3

λ> nPascalCapicuas 4

λ> nPascalCapicuas 400

1606938044258990275541962092341162602522202993782792835301376

λ> length (show (nPascalCapicuas (10^5)))

15052

λ> length (show (nPascalCapicuas (10^6)))

150515

λ> length (show (nPascalCapicuas (10^7)))

1505150

Soluciones

import Data.List (genericLength, unfoldr)

-- Definición de trianguloPascalBinario
-- ====================================

trianguloPascalBinario :: [Int] -> [[Int]]
trianguloPascalBinario xs =
  takeWhile (not . null) (iterate siguiente xs)

-- (siguiente xs) es la línea siguiente a la xs en el triángulo binario
-- de Pascal. Por ejemplo,
--    λ> siguiente [1,0,1,1,1]
--    [1,1,0,0]
--    λ> siguiente it
--    [0,1,0]
--    λ> siguiente it
--    [1,1]
--    λ> siguiente it
--    [0]
--    λ> siguiente it
--    []
--    λ> siguiente it
--    []
siguiente :: [Int] -> [Int]
siguiente xs = [(x + y) `mod` 2 | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

-- 2ª definición de trianguloPascalBinario
-- =======================================

trianguloPascalBinario2 :: [Int] -> [[Int]]
trianguloPascalBinario2 = unfoldr f 
  where f [] = Nothing
        f xs = Just (xs, siguiente xs)
 
-- Definición de pascalCapicuas
-- ============================

pascalCapicuas :: Int -> [[Int]]
pascalCapicuas n =
  [xs | xs <- inicios n
      , esPascalCapicua xs]

-- (inicios n) es la lista de longitud n formadas por ceros y unos. Por
-- ejemplo, 
--    λ> inicios 0
--    [[]]
--    λ> inicios 1
--    [[0],[1]]
--    λ> inicios 2
--    [[0,0],[0,1],[1,0],[1,1]]
--    λ> inicios 3
--    [[0,0,0],[0,0,1],[0,1,0],[0,1,1],[1,0,0],[1,0,1],[1,1,0],[1,1,1]]
inicios :: Int -> [[Int]]
inicios 0 = [[]]
inicios n = map (0:) xss ++ map (1:) xss
  where xss = inicios (n-1)

-- Otra forma de definir inicios es
inicios2 :: Int -> [[Int]]
inicios2 n = sucInicios !! n
  where sucInicios    = iterate siguiente [[]]
        siguiente xss = map (0:) xss ++ map (1:) xss

-- (esPascalCapicua xs) se verifica si xs es una lista de Pascal
-- capicúa. Por ejemplo, 
--    esPascalCapicua [1,0,1,1,0]  ==  True
--    esPascalCapicua [1,0,1,1,1]  ==  False
esPascalCapicua :: [Int] -> Bool
esPascalCapicua xs =
  xs == finalesTrianguloPascalBinario xs

-- (finalesTrianguloPascalBinario xs) es la inversa de la lista de los
-- finales del triángulo binarios de xs. Por ejemplo,
--    λ> finalesTrianguloPascalBinario [1,0,1,1,1]
--    [0,1,0,0,1]
finalesTrianguloPascalBinario :: [Int] -> [Int]
finalesTrianguloPascalBinario =
  reverse . map last . trianguloPascalBinario

-- 1ª definición de nPascalCapicuas
-- ================================

nPascalCapicuas :: Int -> Integer
nPascalCapicuas =
  genericLength . pascalCapicuas

-- 2ª definición de nPascalCapicuas
-- ================================

nPascalCapicuas2 :: Int -> Integer
nPascalCapicuas2 n =
  2 ^ ((n + 1) `div` 2)

import Data.List (genericLength, unfoldr)

-- Definición de trianguloPascalBinario

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

trianguloPascalBinario :: [Int] -> [[Int]]

trianguloPascalBinario xs =

takeWhile (not . null) (iterate siguiente xs)

-- (siguiente xs) es la línea siguiente a la xs en el triángulo binario

-- de Pascal. Por ejemplo,

-- λ> siguiente [1,0,1,1,1]

-- [1,1,0,0]

-- λ> siguiente it

-- [0,1,0]

-- λ> siguiente it

-- [1,1]

-- λ> siguiente it

-- [0]

-- λ> siguiente it

-- []

-- λ> siguiente it

-- []

siguiente :: [Int] -> [Int]

siguiente xs = [(x + y) `mod` 2 | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

-- 2ª definición de trianguloPascalBinario

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

trianguloPascalBinario2 :: [Int] -> [[Int]]

trianguloPascalBinario2 = unfoldr f

where f [] = Nothing

f xs = Just (xs, siguiente xs)

-- Definición de pascalCapicuas

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

pascalCapicuas :: Int -> [[Int]]

pascalCapicuas n =

[xs | xs <- inicios n

, esPascalCapicua xs]

-- (inicios n) es la lista de longitud n formadas por ceros y unos. Por

-- ejemplo,

-- λ> inicios 0

-- [[]]

-- λ> inicios 1

-- [[0],[1]]

-- λ> inicios 2

-- [[0,0],[0,1],[1,0],[1,1]]

-- λ> inicios 3

-- [[0,0,0],[0,0,1],[0,1,0],[0,1,1],[1,0,0],[1,0,1],[1,1,0],[1,1,1]]

inicios :: Int -> [[Int]]

inicios 0 = [[]]

inicios n = map (0:) xss ++ map (1:) xss

where xss = inicios (n-1)

-- Otra forma de definir inicios es

inicios2 :: Int -> [[Int]]

inicios2 n = sucInicios !! n

where sucInicios = iterate siguiente [[]]

siguiente xss = map (0:) xss ++ map (1:) xss

-- (esPascalCapicua xs) se verifica si xs es una lista de Pascal

-- capicúa. Por ejemplo,

-- esPascalCapicua [1,0,1,1,0] == True

-- esPascalCapicua [1,0,1,1,1] == False

esPascalCapicua :: [Int] -> Bool

esPascalCapicua xs =

xs == finalesTrianguloPascalBinario xs

-- (finalesTrianguloPascalBinario xs) es la inversa de la lista de los

-- finales del triángulo binarios de xs. Por ejemplo,

-- λ> finalesTrianguloPascalBinario [1,0,1,1,1]

-- [0,1,0,0,1]

finalesTrianguloPascalBinario :: [Int] -> [Int]

finalesTrianguloPascalBinario =

reverse . map last . trianguloPascalBinario

-- 1ª definición de nPascalCapicuas

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

nPascalCapicuas :: Int -> Integer

nPascalCapicuas =

genericLength . pascalCapicuas

-- 2ª definición de nPascalCapicuas

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

nPascalCapicuas2 :: Int -> Integer

nPascalCapicuas2 n =

2 ^ ((n + 1) `div` 2)

Pensamiento

La envidia de la virtud
hizo a Caín criminal.
¡Gloria a Caín! Hoy el vicio
es lo que se envidia más.

Antonio Machado

Cadena descendiente de subnúmeros

PorJosé A. Alonso 7-enero-201914-enero-2019

Una particularidad del 2019 es que se puede escribir como una cadena de dos subnúmeros consecutivos (el 20 y el 19).

Definir la función

   cadena :: Integer -> [Integer]

1	cadena :: Integer -> [Integer]

tal que (cadena n) es la cadena de subnúmeros consecutivos de n cuya unión es n; es decir, es la lista de números [x,x-1,…x-k] tal que su concatenación es n. Por ejemplo,

   cadena 2019         == [20,19]
   cadena 2018         == [2018]
   cadena 1009         == [1009]
   cadena 110109       == [110,109]
   cadena 201200199198 == [201,200,199,198] 
   cadena 3246         == [3246]            
   cadena 87654        == [8,7,6,5,4]       
   cadena 123456       == [123456]          
   cadena 1009998      == [100,99,98]       
   cadena 100908       == [100908]          
   cadena 1110987      == [11,10,9,8,7]     
   cadena 210          == [2,1,0]           
   cadena 1            == [1]               
   cadena 0            == [0]               
   cadena 312          == [312]             
   cadena 191          == [191]
   length (cadena (read (concatMap show [2019,2018..0])))  ==  2020

cadena 2019 == [20,19]

cadena 2018 == [2018]

cadena 1009 == [1009]

cadena 110109 == [110,109]

cadena 201200199198 == [201,200,199,198]

cadena 3246 == [3246]

cadena 87654 == [8,7,6,5,4]

cadena 123456 == [123456]

cadena 1009998 == [100,99,98]

cadena 100908 == [100908]

cadena 1110987 == [11,10,9,8,7]

cadena 210 == [2,1,0]

cadena 1 == [1]

cadena 0 == [0]

cadena 312 == [312]

cadena 191 == [191]

length (cadena (read (concatMap show [2019,2018..0]))) == 2020

Nota: Los subnúmeros no pueden empezar por cero. Por ejemplo, [10,09] no es una cadena de 1009 como se observa en el tercer ejemplo.

Soluciones

import Test.QuickCheck
import Data.List (inits)

-- 1ª solución
-- ===========

cadena :: Integer -> [Integer]
cadena = head . cadenasL . digitos

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo, 
--    digitos 325  ==  [3,2,5]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n = [read [c] | c <- show n]

-- (cadenasL xs) son las cadenas descendientes del número cuyos dígitos
-- son xs. Por ejemplo,
--    cadenasL [2,0,1,9]      == [[20,19],[2019]]
--    cadenasL [1,0,0,9]      == [[1009]]
--    cadenasL [1,1,0,1,0,9]  == [[110,109],[110109]]
cadenasL :: [Integer] -> [[Integer]] 
cadenasL []       = []
cadenasL [x]      = [[x]]
cadenasL [1,0]    = [[1,0],[10]]
cadenasL (x:0:zs) = cadenasL (10*x:zs) 
cadenasL (x:y:zs) =
     [x:a:as | (a:as) <- cadenasL (y:zs), a == x-1]
  ++ cadenasL (10*x+y:zs)

-- 2ª solución
-- ===========

cadena2 :: Integer -> [Integer]
cadena2 n = (head . concatMap aux . iniciales) n 
  where aux x = [[x,x-1..x-k] | k <- [0..x]
                              , concatMap show [x,x-1..x-k] == ds]
        ds    = show n

-- (iniciales n) es la lista de los subnúmeros iniciales de n. Por
-- ejemplo, 
--    iniciales 2019  ==  [2,20,201,2019]
iniciales :: Integer -> [Integer]
iniciales = map read . tail . inits . show

-- Equivalencia
-- ============

-- La propiedad es
prop_cadena :: (Positive Integer) -> Bool
prop_cadena (Positive n) =
  cadena n == cadena2 n 
  
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_cadena
--    +++ OK, passed 100 tests.

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

--    λ> length (cadena (read (concatMap show [15,14..0])))
--    16
--    (3.28 secs, 452,846,008 bytes)
--    λ> length (cadena2 (read (concatMap show [15,14..0])))
--    16
--    (0.03 secs, 176,360 bytes)

import Test.QuickCheck

import Data.List (inits)

-- 1ª solución

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

cadena :: Integer -> [Integer]

cadena = head . cadenasL . digitos

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

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

digitos :: Integer -> [Integer]

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

-- (cadenasL xs) son las cadenas descendientes del número cuyos dígitos

-- son xs. Por ejemplo,

-- cadenasL [2,0,1,9] == [[20,19],[2019]]

-- cadenasL [1,0,0,9] == [[1009]]

-- cadenasL [1,1,0,1,0,9] == [[110,109],[110109]]

cadenasL :: [Integer] -> [[Integer]]

cadenasL [] = []

cadenasL [x] = [[x]]

cadenasL [1,0] = [[1,0],[10]]

cadenasL (x:0:zs) = cadenasL (10*x:zs)

cadenasL (x:y:zs) =

[x:a:as | (a:as) <- cadenasL (y:zs), a == x-1]

++ cadenasL (10*x+y:zs)

-- 2ª solución

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

cadena2 :: Integer -> [Integer]

cadena2 n = (head . concatMap aux . iniciales) n

where aux x = [[x,x-1..x-k] | k <- [0..x]

, concatMap show [x,x-1..x-k] == ds]

ds = show n

-- (iniciales n) es la lista de los subnúmeros iniciales de n. Por

-- ejemplo,

-- iniciales 2019 == [2,20,201,2019]

iniciales :: Integer -> [Integer]

iniciales = map read . tail . inits . show

-- Equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_cadena :: (Positive Integer) -> Bool

prop_cadena (Positive n) =

cadena n == cadena2 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_cadena

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (cadena (read (concatMap show [15,14..0])))

-- 16

-- (3.28 secs, 452,846,008 bytes)

-- λ> length (cadena2 (read (concatMap show [15,14..0])))

-- 16

-- (0.03 secs, 176,360 bytes)

Pensamiento

La inseguridad, la incertidumbre, la desconfianza, son acaso nuestras únicas verdades. Hay que aferrarse a ellas.

Antonio Machado

El teorema de Navidad de Fermat

PorJosé A. Alonso 31-diciembre-201825-abril-2021

El 25 de diciembre de 1640, en una carta a Mersenne, Fermat demostró la conjetura de Girard: todo primo de la forma 4n+1 puede expresarse de manera única como suma de dos cuadrados. Por eso es conocido como el teorema de Navidad de Fermat.

Definir las funciones

   representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
   primos4nM1 :: [Integer]

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primos4nM1 :: [Integer]

tales que

(representaciones n) es la lista de pares de números naturales (x,y) tales que n = x^2 + y^2 con x <= y. Por ejemplo.

     representaciones  20           ==  [(2,4)]
     representaciones  25           ==  [(0,5),(3,4)]
     representaciones 325           ==  [(1,18),(6,17),(10,15)]
     representaciones 100000147984  ==  [(0,316228)]
     length (representaciones (10^10))    ==  6
     length (representaciones (4*10^12))  ==  7

representaciones 20 == [(2,4)]

representaciones 25 == [(0,5),(3,4)]

representaciones 325 == [(1,18),(6,17),(10,15)]

representaciones 100000147984 == [(0,316228)]

length (representaciones (10^10)) == 6

length (representaciones (4*10^12)) == 7

primosImparesConRepresentacionUnica es la lista de los números primos impares que se pueden escribir exactamente de una manera como suma de cuadrados de pares de números naturales (x,y) con x <= y. Por ejemplo,

     λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

primos4nM1 es la lista de los números primos que se pueden escribir como uno más un múltiplo de 4 (es decir, que son congruentes con 1 módulo 4). Por ejemplo,

     λ> take 20 primos4nM1
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primos4nM1 [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

Comprobar con QuickCheck el torema de Navidad de Fermat; es decir, que para todo número n, los n-ésimos elementos de primosImparesConRepresentacionUnica y de primos4nM1 son iguales.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones n =
  [(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones2 n =
  [(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)] 
              , let z = n - x*x
              , esCuadrado z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = x == y * y
  where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz 25  ==  5
--    raiz 24  ==  4
--    raiz 26  ==  5
raiz :: Integer -> Integer 
raiz 0 = 0
raiz 1 = 1
raiz x = aux (0,x)
    where aux (a,b) | d == x    = c
                    | c == a    = a
                    | d < x     = aux (c,b)
                    | otherwise = aux (a,c) 
              where c = (a+b) `div` 2
                    d = c^2

-- 3ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones3 n =
  [(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)] 
               , let z = n - x*x
               , esCuadrado3 z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado3 25  ==  True
--    esCuadrado3 26  ==  False
esCuadrado3 :: Integer -> Bool
esCuadrado3 x = x == y * y
  where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz3 25  ==  5
--    raiz3 24  ==  4
--    raiz3 26  ==  5
raiz3 :: Integer -> Integer
raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))
          
-- 4ª definición de representaciones
-- =================================
 
representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))
  where aux x y
          | x > y     = [] 
          | otherwise = case compare (x*x + y*y) n of
                          LT -> aux (x + 1) y
                          EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)
                          GT -> aux x (y - 1)

-- Equivalencia de las definiciones de representaciones
-- ====================================================

-- La propiedad es
prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool
prop_representaciones_equiv (Positive n) =
  representaciones  n == representaciones2 n &&
  representaciones2 n == representaciones3 n &&
  representaciones3 n == representaciones4 n

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

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones
-- =================================================================

--    λ> representaciones 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)
--    λ> representaciones2 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 867,944 bytes)
--    λ> representaciones3 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 173,512 bytes)
--    λ> representaciones4 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 423,424 bytes)
--    
--    λ> length (representaciones2 (10^10))
--    6
--    (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)
--    λ> length (representaciones3 (10^10))
--    6
--    (0.10 secs, 62,349,048 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (10^10))
--    6
--    (0.11 secs, 48,052,360 bytes)
--
--    λ> length (representaciones3 (4*10^12))
--    7
--    (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (4*10^12))
--    7
--    (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica
-- =================================================

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
primosImparesConRepresentacionUnica =
  [x | x <- tail primes
     , length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1
-- ========================

primos4nM1 :: [Integer]
primos4nM1 = [x | x <- primes
                , x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat
-- ============================

-- La propiedad es
prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool
prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =
  primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n
             
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat
--    +++ OK, passed 100 tests.

100

101

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151

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones

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

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

representaciones n =

[(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones

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

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones2 n =

[(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = x == y * y

where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz 25 == 5

-- raiz 24 == 4

-- raiz 26 == 5

raiz :: Integer -> Integer

raiz 0 = 0

raiz 1 = 1

raiz x = aux (0,x)

where aux (a,b) | d == x = c

| c == a = a

| d < x = aux (c,b)

| otherwise = aux (a,c)

where c = (a+b) `div` 2

d = c^2

-- 3ª definición de representaciones

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

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones3 n =

[(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado3 z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado3 25 == True

-- esCuadrado3 26 == False

esCuadrado3 :: Integer -> Bool

esCuadrado3 x = x == y * y

where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz3 25 == 5

-- raiz3 24 == 4

-- raiz3 26 == 5

raiz3 :: Integer -> Integer

raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 4ª definición de representaciones

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

representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))

where aux x y

| x > y = []

| otherwise = case compare (x*x + y*y) n of

LT -> aux (x + 1) y

EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)

GT -> aux x (y - 1)

-- Equivalencia de las definiciones de representaciones

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

-- La propiedad es

prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool

prop_representaciones_equiv (Positive n) =

representaciones n == representaciones2 n &&

representaciones2 n == representaciones3 n &&

representaciones3 n == representaciones4 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_representaciones_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones

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

-- λ> representaciones 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)

-- λ> representaciones2 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 867,944 bytes)

-- λ> representaciones3 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 173,512 bytes)

-- λ> representaciones4 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 423,424 bytes)

-- λ> length (representaciones2 (10^10))

-- 6

-- (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (10^10))

-- 6

-- (0.10 secs, 62,349,048 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (10^10))

-- 6

-- (0.11 secs, 48,052,360 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (4*10^12))

-- 7

-- (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (4*10^12))

-- 7

-- (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primosImparesConRepresentacionUnica =

[x | x <- tail primes

, length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1

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

primos4nM1 :: [Integer]

primos4nM1 = [x | x <- primes

, x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat

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

-- La propiedad es

prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool

prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =

primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

– ¡Cuándo llegará otro día!
– Hoy es siempre todavía.

Antonio Machado

Exterior de árboles

Soluciones

Pensamiento

Medias de dígitos de pi

Soluciones

Pensamiento

Triángulo de Pascal binario

Soluciones

Pensamiento

Cadena descendiente de subnúmeros

Soluciones

Pensamiento

El teorema de Navidad de Fermat

Soluciones

Pensamiento

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