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Etiqueta: take

Particiones de enteros positivos

José A. Alonso, ,

Una partición de un entero positivo n es una manera de escribir n como una suma de enteros positivos. Dos sumas que sólo difieren en el orden de sus sumandos se consideran la misma partición. Por ejemplo, 4 tiene cinco particiones: 4, 3+1, 2+2, 2+1+1 y 1+1+1+1.

Definir la función

   particiones :: Int -> [[Int]]

tal que (particiones n) es la lista de las particiones del número n. Por ejemplo,

   particiones 4  ==  [[4],[3,1],[2,2],[2,1,1],[1,1,1,1]]
   particiones 5  ==  [[5],[4,1],[3,2],[3,1,1],[2,2,1],[2,1,1,1],[1,1,1,1,1]]
   length (particiones 50)  ==  204226

Soluciones

module Particiones_de_enteros_positivos where
 
import Test.QuickCheck
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
particiones1 :: Int -> [[Int]]
particiones1 0 = [[]]
particiones1 n = [x:y | x <- [n,n-1..1],
                        y <- particiones1 (n-x),
                        [x] >= take 1 y]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
particiones2 :: Int -> [[Int]]
particiones2 n = aux !! n
  where
    aux = [] : map particiones [1..]
    particiones m = [m] : [x:p | x <- [m,m-1..1],
                                 p <- aux !! (m-x),
                                 x >= head p]
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
particiones3 :: Int -> [[Int]]
particiones3 n = aux n n
  where aux 0 _ = [[]]
        aux n' m = concat [map (i:) (aux (n'-i) i)
                          | i <- [n',n'-1..1], i <= m]
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
particiones4 :: Int -> [[Int]]
particiones4 n = aux n n
  where aux 0 _ = [[]]
        aux n' m = concat [map (i:) (aux (n'-i) i)
                          | i <- [k,k-1..1]]
          where k = min m n'
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_particiones :: Positive Int -> Bool
prop_particiones (Positive n) =
  all (== particiones1 n)
      [ particiones2 n
      , particiones3 n
      , particiones4 n
      ]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=20}) prop_particiones
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia                                        --
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> length (particiones1 23)
--    1255
--    (12.50 secs, 6,614,487,992 bytes)
--    λ> length (particiones2 23)
--    1255
--    (0.04 secs, 3,071,104 bytes)
--    λ> length (particiones3 23)
--    1255
--    (0.02 secs, 9,163,544 bytes)
--    λ> length (particiones4 23)
--    1255
--    (0.01 secs, 7,149,512 bytes)
--
--    λ> length (particiones2 50)
--    204226
--    (2.50 secs, 758,729,104 bytes)
--    λ> length (particiones3 50)
--    204226
--    (4.26 secs, 2,359,121,096 bytes)
--    λ> length (particiones4 50)
--    204226
--    (2.67 secs, 1,598,588,040 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

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Ordenada cíclicamente

José A. Alonso, ,

Se dice que una sucesión x(1), …, x(n) está ordenada cíclicamente si existe un índice i tal que la sucesión

   x(i), x(i+1), ..., x(n), x(1), ..., x(i-1)

está ordenada crecientemente de forma estricta.

Definir la función

   ordenadaCiclicamente :: Ord a => [a] -> Maybe Int

tal que (ordenadaCiclicamente xs) es el índice a partir del cual está ordenada, si la lista está ordenado cíclicamente y Nothing en caso contrario. Por ejemplo,

   ordenadaCiclicamente [1,2,3,4]      ==  Just 0
   ordenadaCiclicamente [5,8,1,3]      ==  Just 2
   ordenadaCiclicamente [4,6,7,5,1,3]  ==  Nothing
   ordenadaCiclicamente [1,0,3,2]      ==  Nothing
   ordenadaCiclicamente [1,2,0]        ==  Just 2
   ordenadaCiclicamente "cdeab"        ==  Just 3

Nota: Se supone que el argumento es una lista no vacía sin elementos repetidos.

Soluciones

module Ordenada_ciclicamente where
 
import Test.QuickCheck (Arbitrary, Gen, NonEmptyList (NonEmpty), Property,
                        arbitrary, chooseInt, collect, quickCheck)
import Data.List       (nub, sort)
import Data.Maybe      (isJust, listToMaybe)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
ordenadaCiclicamente1 :: Ord a => [a] -> Maybe Int
ordenadaCiclicamente1 xs = aux 0 xs
  where n = length xs
        aux i zs
          | i == n      = Nothing
          | ordenada zs = Just i
          | otherwise   = aux (i+1) (siguienteCiclo zs)
 
-- (ordenada xs) se verifica si la lista xs está ordenada
-- crecientemente. Por ejemplo,
--   ordenada "acd"   ==  True
--   ordenada "acdb"  ==  False
ordenada :: Ord a => [a] -> Bool
ordenada []     = True
ordenada (x:xs) = all (x <) xs && ordenada xs
 
-- (siguienteCiclo xs) es la lista obtenida añadiendo el primer elemento
-- de xs al final del resto de xs. Por ejemplo,
--   siguienteCiclo [3,2,5]  =>  [2,5,3]
siguienteCiclo :: [a] -> [a]
siguienteCiclo []     = []
siguienteCiclo (x:xs) = xs ++ [x]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
ordenadaCiclicamente2 :: Ord a => [a] -> Maybe Int
ordenadaCiclicamente2 xs =
  listToMaybe [n | n <- [0..length xs-1],
                   ordenada (drop n xs ++ take n xs)]
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
ordenadaCiclicamente3 :: Ord a => [a] -> Maybe Int
ordenadaCiclicamente3 xs
  | ordenada (bs ++ as) = Just k
  | otherwise           = Nothing
  where (_,k)   = minimum (zip xs [0..])
        (as,bs) = splitAt k xs
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_ordenadaCiclicamente1 :: NonEmptyList Int -> Bool
prop_ordenadaCiclicamente1 (NonEmpty xs) =
  ordenadaCiclicamente1 xs == ordenadaCiclicamente2 xs
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_ordenadaCiclicamente1
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- La propiedad para analizar los casos de prueba
prop_ordenadaCiclicamente2 :: NonEmptyList Int -> Property
prop_ordenadaCiclicamente2 (NonEmpty xs) =
  collect (isJust (ordenadaCiclicamente1 xs)) $
  ordenadaCiclicamente1 xs == ordenadaCiclicamente2 xs
 
-- El análisis es
--    λ> quickCheck prop_ordenadaCiclicamente2
--    +++ OK, passed 100 tests:
--    89% False
--    11% True
 
-- Tipo para generar listas
newtype Lista = L [Int]
  deriving Show
 
-- Generador de listas.
listaArbitraria :: Gen Lista
listaArbitraria = do
  x <- arbitrary
  xs <- arbitrary
  let ys = x : xs
  k <- chooseInt (0, length ys)
  let (as,bs) = splitAt k (sort (nub ys))
  return (L (bs ++ as))
 
-- Lista es una subclase de Arbitrary.
instance Arbitrary Lista where
  arbitrary = listaArbitraria
 
-- La propiedad para analizar los casos de prueba
prop_ordenadaCiclicamente3 :: Lista -> Property
prop_ordenadaCiclicamente3 (L xs) =
  collect (isJust (ordenadaCiclicamente1 xs)) $
  ordenadaCiclicamente1 xs == ordenadaCiclicamente2 xs
 
-- El análisis es
--    λ> quickCheck prop_ordenadaCiclicamente3
--    +++ OK, passed 100 tests (100% True).
 
-- Tipo para generar
newtype Lista2 = L2 [Int]
  deriving Show
 
-- Generador de listas
listaArbitraria2 :: Gen Lista2
listaArbitraria2 = do
  x' <- arbitrary
  xs <- arbitrary
  let ys = x' : xs
  k <- chooseInt (0, length ys)
  let (as,bs) = splitAt k (sort (nub ys))
  n <- chooseInt (0,1)
  return (if even n
          then L2 (bs ++ as)
          else L2 ys)
 
-- Lista es una subclase de Arbitrary.
instance Arbitrary Lista2 where
  arbitrary = listaArbitraria2
 
-- La propiedad para analizar los casos de prueba
prop_ordenadaCiclicamente4 :: Lista2 -> Property
prop_ordenadaCiclicamente4 (L2 xs) =
  collect (isJust (ordenadaCiclicamente1 xs)) $
  ordenadaCiclicamente1 xs == ordenadaCiclicamente2 xs
 
-- El análisis es
--    λ> quickCheck prop_ordenadaCiclicamente4
--    +++ OK, passed 100 tests:
--    51% True
--    49% False
 
-- La propiedad es
prop_ordenadaCiclicamente :: Lista2 -> Bool
prop_ordenadaCiclicamente (L2 xs) =
  all (== ordenadaCiclicamente1 xs)
      [ordenadaCiclicamente2 xs,
       ordenadaCiclicamente3 xs]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_ordenadaCiclicamente
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> ordenadaCiclicamente1 ([100..4000] ++ [1..99])
--    Just 3901
--    (3.27 secs, 2,138,864,568 bytes)
--    λ> ordenadaCiclicamente2 ([100..4000] ++ [1..99])
--    Just 3901
--    (2.44 secs, 1,430,040,008 bytes)
--    λ> ordenadaCiclicamente3 ([100..4000] ++ [1..99])
--    Just 3901
--    (1.18 secs, 515,549,200 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Nuevas soluciones

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Índices de valores verdaderos

José A. Alonso, ,

Definir la función

   indicesVerdaderos :: [Int] -> [Bool]

tal que (indicesVerdaderos xs) es la lista infinita de booleanos tal que sólo son verdaderos los elementos cuyos índices pertenecen a la lista estrictamente creciente xs. Por ejemplo,

   λ> take 6 (indicesVerdaderos [1,4])
   [False,True,False,False,True,False]
   λ> take 6 (indicesVerdaderos [0,2..])
   [True,False,True,False,True,False]
   λ> take 3 (indicesVerdaderos [])
   [False,False,False]
   λ> take 6 (indicesVerdaderos [1..])
   [False,True,True,True,True,True]
   λ> last (take (8*10^7) (indicesVerdaderos [0,5..]))
   False

Soluciones

import Data.List.Ordered (member)
import Test.QuickCheck
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
indicesVerdaderos1 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos1 []     = repeat False
indicesVerdaderos1 (x:ys) =
  replicate x False ++ [True] ++ indicesVerdaderos1 [y-x-1 | y <- ys]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
indicesVerdaderos2 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos2 = aux 0
  where aux _ []     = repeat False
        aux n (x:xs) | x == n    = True  : aux (n+1) xs
                     | otherwise = False : aux (n+1) (x:xs)
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
indicesVerdaderos3 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos3 = aux [0..]
  where aux _      []                 = repeat False
        aux (i:is) (x:xs) | i == x    = True  : aux is xs
                          | otherwise = False : aux is (x:xs)
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
indicesVerdaderos4 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos4 xs = [pertenece x xs | x <- [0..]]
 
-- (pertenece x ys) se verifica si x pertenece a la lista estrictamente
-- creciente (posiblemente infinita) ys. Por ejemplo,
--    pertenece 9 [1,3..]  ==  True
--    pertenece 6 [1,3..]  ==  False
pertenece :: Int -> [Int] -> Bool
pertenece x ys = x `elem` takeWhile (<=x) ys
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
indicesVerdaderos5 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos5 xs = map (`pertenece2` xs) [0..]
 
pertenece2 :: Int -> [Int] -> Bool
pertenece2 x = aux
  where aux [] = False
        aux (y:ys) = case compare x y of
                       LT -> False
                       EQ -> True
                       GT -> aux ys
 
-- 6ª solución
-- ===========
 
indicesVerdaderos6 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos6 xs = map (`member` xs) [0..]
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- ListaCreciente es un tipo de dato para generar lista de enteros
-- crecientes arbitrarias.
newtype ListaCreciente = LC [Int]
  deriving Show
 
-- listaCrecienteArbitraria es un generador de lista de enteros
-- crecientes arbitrarias. Por ejemplo,
--    λ> sample listaCrecienteArbitraria
--    LC []
--    LC [2,5]
--    LC [4,8]
--    LC [6,13]
--    LC [7,15,20,28,33]
--    LC [11,15,20,29,35,40]
--    LC [5,17,25,36,42,50,52,64]
--    LC [9,16,31,33,46,59,74,83,85,89,104,113,118]
--    LC [9,22,29,35,37,49,53,62,68,77,83,100]
--    LC []
--    LC [3,22,25,34,36,51,72,75,89]
listaCrecienteArbitraria :: Gen ListaCreciente
listaCrecienteArbitraria = do
  xs <- arbitrary
  return (LC (listaCreciente xs))
 
-- (listaCreciente xs) es la lista creciente correspondiente a xs. Por ejemplo,
--    listaCreciente [-1,3,-4,3,0]   ==  [2,6,11,15,16]
listaCreciente :: [Int] -> [Int]
listaCreciente xs =
  scanl1 (+) (map (succ . abs) xs)
 
-- ListaCreciente está contenida en Arbitrary
instance Arbitrary ListaCreciente where
  arbitrary = listaCrecienteArbitraria
 
-- La propiedad es
prop_indicesVerdaderos :: ListaCreciente -> Bool
prop_indicesVerdaderos (LC xs) =
  all (== take n (indicesVerdaderos1 xs))
      [take n (f xs) | f <-[indicesVerdaderos2,
                            indicesVerdaderos3,
                            indicesVerdaderos4,
                            indicesVerdaderos5,
                            indicesVerdaderos6]]
  where n = length xs
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_indicesVerdaderos
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos1 [0,5..]))
--    False
--    (2.69 secs, 2,611,031,544 bytes)
--    λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos2 [0,5..]))
--    False
--    (0.03 secs, 10,228,880 bytes)
--
--    λ> last (take (4*10^6) (indicesVerdaderos2 [0,5..]))
--    False
--    (2.37 secs, 1,946,100,856 bytes)
--    λ> last (take (4*10^6) (indicesVerdaderos3 [0,5..]))
--    False
--    (1.54 secs, 1,434,100,984 bytes)
--
--    λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos3 [0,5..]))
--    False
--    (2.30 secs, 2,150,900,984 bytes)
--    λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos4 [0,5..]))
--    False
--    (1.55 secs, 1,651,701,184 bytes)
--    λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos5 [0,5..]))
--    False
--    (0.58 secs, 1,584,514,304 bytes)
--
--    λ> last (take (3*10^7) (indicesVerdaderos5 [0,5..]))
--    False
--    (2.74 secs, 7,920,514,360 bytes)
--    λ> last (take (3*10^7) (indicesVerdaderos6 [0,5..]))
--    False
--    (0.82 secs, 6,960,514,136 bytes)
 
--    λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos1 [0,5..]))
--    False
--    (2.69 secs, 2,611,031,544 bytes)
--    λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos6 [0,5..]))
--    False
--    (0.01 secs, 5,154,040 bytes)

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

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Biparticiones de una lista

José A. Alonso, ,

Definir la función

   biparticiones :: [a] -> [([a],[a])]

tal que (biparticiones xs) es la lista de pares formados por un prefijo de xs y el resto de xs. Por ejemplo,

   λ> biparticiones [3,2,5]
   [([],[3,2,5]),([3],[2,5]),([3,2],[5]),([3,2,5],[])]
   λ> biparticiones "Roma"
   [("","Roma"),("R","oma"),("Ro","ma"),("Rom","a"),("Roma","")]

Soluciones

import Data.List (inits, tails)
import Control.Applicative (liftA2)
import Test.QuickCheck (quickCheck)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
biparticiones1 :: [a] -> [([a],[a])]
biparticiones1 [] = [([],[])]
biparticiones1 (x:xs) =
  ([],(x:xs)) : [(x:ys,zs) | (ys,zs) <- biparticiones1 xs]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
biparticiones2 :: [a] -> [([a],[a])]
biparticiones2 xs =
  [(take i xs, drop i xs) | i <- [0..length xs]]
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
biparticiones3 :: [a] -> [([a],[a])]
biparticiones3 xs =
  [splitAt i xs | i <- [0..length xs]]
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
biparticiones4 :: [a] -> [([a],[a])]
biparticiones4 xs =
  zip (inits xs) (tails xs)
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
biparticiones5 :: [a] -> [([a],[a])]
biparticiones5 = liftA2 zip inits tails
 
-- 6ª solución
-- ===========
 
biparticiones6 :: [a] -> [([a],[a])]
biparticiones6 = zip <$> inits <*> tails
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_biparticiones :: [Int] -> Bool
prop_biparticiones xs =
  all (== biparticiones1 xs)
      [biparticiones2 xs,
       biparticiones3 xs,
       biparticiones4 xs,
       biparticiones5 xs,
       biparticiones6 xs]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_biparticiones
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> length (biparticiones1 [1..6*10^3])
--    6001
--    (2.21 secs, 3,556,073,552 bytes)
--    λ> length (biparticiones2 [1..6*10^3])
--    6001
--    (0.01 secs, 2,508,448 bytes)
--
--    λ> length (biparticiones2 [1..6*10^6])
--    6000001
--    (2.26 secs, 2,016,494,864 bytes)
--    λ> length (biparticiones3 [1..6*10^6])
--    6000001
--    (2.12 secs, 1,584,494,792 bytes)
--    λ> length (biparticiones4 [1..6*10^6])
--    6000001
--    (0.78 secs, 1,968,494,704 bytes)
--    λ> length (biparticiones5 [1..6*10^6])
--    6000001
--    (0.79 secs, 1,968,494,688 bytes)
--    λ> length (biparticiones6 [1..6*10^6])
--    6000001
--    (0.77 secs, 1,968,494,720 bytes)
--
--    λ> length (biparticiones4 [1..10^7])
--    10000001
--    (1.30 secs, 3,280,495,432 bytes)
--    λ> length (biparticiones5 [1..10^7])
--    10000001
--    (1.42 secs, 3,280,495,416 bytes)
--    λ> length (biparticiones6 [1..10^7])
--    10000001
--    (1.30 secs, 3,280,495,448 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

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La sucesión ECG

José A. Alonso, ,

La sucesión ECG estás definida por a(1) = 1, a(2) = 2 y, para n >= 3, a(n) es el menor natural que aún no está en la sucesión tal que a(n) tiene algún divisor común con a(n-1).

Los primeros términos de la sucesión son 1, 2, 4, 6, 3, 9, 12, 8, 10, 5, 15, …

Al dibujar su gráfica, se parece a la de los electrocardiogramas (abreviadamente, ECG). Por ello, la sucesión se conoce como la sucesión ECG.

Definir las funciones

   sucECG :: [Integer]
   graficaSucECG :: Int -> IO ()

tales que

  • sucECG es la lista de los términos de la sucesión ECG. Por ejemplo,
     λ> take 20 sucECG
     [1,2,4,6,3,9,12,8,10,5,15,18,14,7,21,24,16,20,22,11]
     λ> sucECG !! 6000
     6237
  • (graficaSucECG n) dibuja la gráfica de los n primeros términos de la sucesión ECG. Por ejemplo, (graficaSucECG 160) dibuja

Soluciones

import Data.List (delete)
import Graphics.Gnuplot.Simple
 
sucECG :: [Integer]
sucECG = 1 : ecg 2 [2..]
  where ecg x zs = f zs
          where f (y:ys) | gcd x y > 1 = y : ecg y (delete y zs)
                         | otherwise   = f ys
 
graficaSucECG :: Int -> IO ()
graficaSucECG n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG "La_sucesion_ECG.png" 
           ]
           (take n sucECG)
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