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Etiqueta: toList

Conjetura de las familias estables por uniones

La conjetura de las familias estables por uniones fue planteada por Péter Frankl en 1979 y aún sigue abierta.

Una familia de conjuntos es estable por uniones si la unión de dos conjuntos cualesquiera de la familia pertenece a la familia. Por ejemplo, {∅, {1}, {2}, {1,2}, {1,3}, {1,2,3}} es estable por uniones; pero {{1}, {2}, {1,3}, {1,2,3}} no lo es.

La conjetura afirma que toda familia no vacía estable por uniones y distinta de {∅} posee algún elemento que pertenece al menos a la mitad de los conjuntos de la familia.

Definir las funciones

   esEstable :: Ord a => Set (Set a) -> Bool
   familiasEstables :: Ord a => Set a -> Set (Set (Set a))
   mayoritarios :: Ord a => Set (Set a) -> [a]
   conjeturaFrankl :: Int -> Bool

tales que

  • (esEstable f) se verifica si la familia f es estable por uniones. Por ejemplo,
     λ> esEstable (fromList [empty, fromList [1,2], fromList [1..5]])
     True
     λ> esEstable (fromList [empty, fromList [1,7], fromList [1..5]])
     False
     λ> esEstable (fromList [fromList [1,2], singleton 3, fromList [1..3]])
     True
  • (familiasEstables c) es el conjunto de las familias estables por uniones formadas por elementos del conjunto c. Por ejemplo,
     λ> familiasEstables (fromList [1..2])
     fromList
       [ fromList []
       , fromList [fromList []]
       , fromList [fromList [],fromList [1]]
       , fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2]],
         fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]
       , fromList [fromList [],fromList [1,2]]
       , fromList [fromList [],fromList [1,2],fromList [2]]
       , fromList [fromList [],fromList [2]]
       , fromList [fromList [1]]
       , fromList [fromList [1],fromList [1,2]]
       , fromList [fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]
       , fromList [fromList [1,2]]
       , fromList [fromList [1,2],fromList [2]]
       , fromList [fromList [2]]]
     λ> size (familiasEstables (fromList [1,2]))
     14
     λ> size (familiasEstables (fromList [1..3]))
     122
     λ> size (familiasEstables (fromList [1..4]))
     4960
  • (mayoritarios f) es la lista de elementos que pertenecen al menos a la mitad de los conjuntos de la familia f. Por ejemplo,
     mayoritarios (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) == [3]
     mayoritarios (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [4,5]]) == []
  • (conjeturaFrankl n) se verifica si para toda familia f formada por elementos del conjunto {1,2,…,n} no vacía, estable por uniones y distinta de {∅} posee algún elemento que pertenece al menos a la mitad de los conjuntos de f. Por ejemplo.
     conjeturaFrankl 2  ==  True
     conjeturaFrankl 3  ==  True
     conjeturaFrankl 4  ==  True

Soluciones

 
import Data.Set  as S ( Set
                      , delete
                      , deleteFindMin
                      , empty
                      , filter
                      , fromList
                      , insert
                      , map
                      , member
                      , null
                      , singleton
                      , size
                      , toList
                      , union
                      , unions
                      )
import Data.List as L ( filter
                      , null
                      )
 
esEstable :: Ord a => Set (Set a) -> Bool
esEstable xss =
  and [ys `S.union` zs `member` xss | (ys,yss) <- selecciones xss
                                    , zs <- toList yss]
 
-- (seleccciones xs) es la lista de los pares formada por un elemento de
-- xs y los restantes elementos. Por ejemplo,
--    λ> selecciones (fromList [3,2,5])
--    [(2,fromList [3,5]),(3,fromList [2,5]),(5,fromList [2,3])]
selecciones :: Ord a => Set a -> [(a,Set a)]
selecciones xs =
  [(x,delete x xs) | x <- toList xs] 
 
familiasEstables :: Ord a => Set a -> Set (Set (Set a))
familiasEstables xss =
  S.filter esEstable (familias xss)
 
-- (familias c) es la familia formadas con elementos de c. Por ejemplo,
--    λ> mapM_ print (familias (fromList [1,2]))
--    fromList []
--    fromList [fromList []]
--    fromList [fromList [],fromList [1]]
--    fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2]]
--    fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]
--    fromList [fromList [],fromList [1],fromList [2]]
--    fromList [fromList [],fromList [1,2]]
--    fromList [fromList [],fromList [1,2],fromList [2]]
--    fromList [fromList [],fromList [2]]
--    fromList [fromList [1]]
--    fromList [fromList [1],fromList [1,2]]
--    fromList [fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]
--    fromList [fromList [1],fromList [2]]
--    fromList [fromList [1,2]]
--    fromList [fromList [1,2],fromList [2]]
--    fromList [fromList [2]]
--    λ> size (familias (fromList [1,2]))
--    16
--    λ> size (familias (fromList [1,2,3]))
--    256
--    λ> size (familias (fromList [1,2,3,4]))
--    65536
familias :: Ord a => Set a -> Set (Set (Set a))
familias c =
  subconjuntos (subconjuntos c)
 
-- (subconjuntos c) es el conjunto de los subconjuntos de c. Por ejemplo,
--    λ> mapM_ print (subconjuntos (fromList [1,2,3]))
--    fromList []
--    fromList [1]
--    fromList [1,2]
--    fromList [1,2,3]
--    fromList [1,3]
--    fromList [2]
--    fromList [2,3]
--    fromList [3]
subconjuntos :: Ord a => Set a -> Set (Set a)
subconjuntos c
  | S.null c  = singleton empty
  | otherwise = S.map (insert x) sr `union` sr
  where (x,rc) = deleteFindMin c
        sr     = subconjuntos rc
 
-- (elementosFamilia f) es el conjunto de los elementos de los elementos
-- de la familia f. Por ejemplo, 
--    λ> elementosFamilia (fromList [empty, fromList [1,2], fromList [2,5]])
--    fromList [1,2,5]
elementosFamilia :: Ord a => Set (Set a) -> Set a
elementosFamilia = unions . toList
 
-- (nOcurrencias f x) es el número de conjuntos de la familia f a los
-- que pertenece el elemento x. Por ejemplo,
--    nOcurrencias (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) 3 == 2
--    nOcurrencias (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) 4 == 0
--    nOcurrencias (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) 5 == 1
nOcurrencias :: Ord a => Set (Set a) -> a -> Int
nOcurrencias f x =
  length (L.filter (x `member`) (toList f))
 
mayoritarios :: Ord a => Set (Set a) -> [a]
mayoritarios f =
  [x | x <- toList (elementosFamilia f)
     , nOcurrencias f x >= n]
  where n = (1 + size f) `div` 2
 
conjeturaFrankl :: Int -> Bool
conjeturaFrankl n =
  and [ not (L.null (mayoritarios f))
      | f <- fs
      , f /= fromList []
      , f /= fromList [empty]]
  where fs = toList (familiasEstables (fromList [1..n]))
 
 
-- conjeturaFrankl' :: Int -> Bool
conjeturaFrankl' n =
  [f | f <- fs
     , L.null (mayoritarios f)
     , f /= fromList []
     , f /= fromList [empty]]
  where fs = toList (familiasEstables (fromList [1..n]))

Otras soluciones

  • Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
  • El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Matriz dodecafónica

Como se explica en Create a Twelve-Tone Melody With a Twelve-Tone Matrix una matriz dodecafónica es una matriz de 12 filas y 12 columnas construidas siguiendo los siguientes pasos:

  • Se escribe en la primera fila una permutación de los números del 1 al 12. Por ejemplo,
     (  3  1  9  5  4  6  8  7 12 10 11  2 )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
  • Escribir la primera columna de forma que, para todo i (entre 2 y 12), a(i,1) es el número entre 1 y 12 que verifica la siguiente condición
     (a(1,1) - a(i,1)) = (a(1,i) - a(1,1)) (módulo 12)

Siguiendo con el ejemplo anterior, la matriz con la 1ª fila y la 1ª columna es

     (  3  1  9  5  4  6  8  7 12 10 11  2 )
     (  5                                  )
     (  9                                  )
     (  1                                  )
     (  2                                  )
     ( 12                                  )
     ( 10                                  )
     ( 11                                  )
     (  6                                  )
     (  8                                  )
     (  7                                  )
     (  4                                  )
  • Escribir la segunda fila de forma que, para todo j (entre 2 y 12), a(j,2) es el número entre 1 y 12 que verifica la siguiente condición
     (a(2,j) - a(1,j)) = (a(2,1) - a(1,1)) (módulo 12)

Siguiendo con el ejemplo anterior, la matriz con la 1ª fila, 1ª columna y 2ª fila es

     (  3  1  9  5  4  6  8  7 12 10 11  2 )
     (  5  3 11  7  6  8 10  9  2 12  1  4 )
     (  9                                  )
     (  1                                  )
     (  2                                  )
     ( 12                                  )
     ( 10                                  )
     ( 11                                  )
     (  6                                  )
     (  8                                  )
     (  7                                  )
     (  4                                  )
  • Las restantes filas se completan como la 2ª; es decir, para todo i (entre 3 y 12) y todo j (entre 2 y 12), a(i,j) es el número entre 1 y 12 que verifica la siguiente relación.
     (a(i,j) - a(1,j)) = (a(i,1) - a(1,1)) (módulo 12)

Siguiendo con el ejemplo anterior, la matriz dodecafónica es

     (  3  1  9  5  4  6  8  7 12 10 11  2 )
     (  5  3 11  7  6  8 10  9  2 12  1  4 )
     (  9  7  3 11 10 12  2  1  6  4  5  8 )
     (  1 11  7  3  2  4  6  5 10  8  9 12 )
     (  2 12  8  4  3  5  7  6 11  9 10  1 )
     ( 12 10  6  2  1  3  5  4  9  7  8 11 )
     ( 10  8  4 12 11  1  3  2  7  5  6  9 )
     ( 11  9  5  1 12  2  4  3  8  6  7 10 )
     (  6  4 12  8  7  9 11 10  3  1  2  5 )
     (  8  6  2 10  9 11  1 12  5  3  4  7 )
     (  7  5  1  9  8 10 12 11  4  2  3  6 )
     (  4  2 10  6  5  7  9  8  1 11 12  3 )

Definir la función

   matrizDodecafonica :: [Int] -> Matrix Int

tal que (matrizDodecafonica xs) es la matriz dodecafónica cuya primera fila es xs (que se supone que es una permutación de los números del 1 al 12). Por ejemplo,

   λ> matrizDodecafonica [3,1,9,5,4,6,8,7,12,10,11,2]
   (  3  1  9  5  4  6  8  7 12 10 11  2 )
   (  5  3 11  7  6  8 10  9  2 12  1  4 )
   (  9  7  3 11 10 12  2  1  6  4  5  8 )
   (  1 11  7  3  2  4  6  5 10  8  9 12 )
   (  2 12  8  4  3  5  7  6 11  9 10  1 )
   ( 12 10  6  2  1  3  5  4  9  7  8 11 )
   ( 10  8  4 12 11  1  3  2  7  5  6  9 )
   ( 11  9  5  1 12  2  4  3  8  6  7 10 )
   (  6  4 12  8  7  9 11 10  3  1  2  5 )
   (  8  6  2 10  9 11  1 12  5  3  4  7 )
   (  7  5  1  9  8 10 12 11  4  2  3  6 )
   (  4  2 10  6  5  7  9  8  1 11 12  3 )

Comprobar con QuickCheck para toda matriz dodecafónica D se verifican las siguientes propiedades:

  • todas las filas de D son permutaciones de los números 1 a 12,
  • todos los elementos de la diagonal de D son iguales y
  • la suma de todos los elementos de D es 936.

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Francisco J. Hidalgo.

Soluciones

import Data.List
import Test.QuickCheck
import Data.Matrix
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
matrizDodecafonica :: [Int] -> Matrix Int
matrizDodecafonica xs = matrix 12 12 f
  where f (1,j) = xs !! (j-1)
        f (i,1) = modulo12 (2 * f (1,1) - f (1,i)) 
        f (i,j) = modulo12 (f (1,j) + f (i,1) - f (1,1)) 
        modulo12 0  = 12
        modulo12 12 = 12
        modulo12 x  = x `mod` 12
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
matrizDodecafonica2 :: [Int] -> Matrix Int
matrizDodecafonica2 xs = fromLists (secuencias xs)
 
secuencias :: [Int] -> [[Int]]
secuencias xs = [secuencia a xs | a <- inversa xs]
 
inversa :: [Int] -> [Int]
inversa xs = map conv (map (\x -> (-x) + 2* (abs a)) xs)
  where a = head xs
 
secuencia :: Int -> [Int] -> [Int]
secuencia n xs = [conv (a+(n-b)) | a <- xs] 
  where b = head xs
 
conv :: Int -> Int
conv n | n == 0 = 12
       | n < 0 = conv (n+12)
       | n > 11 = conv (mod n 12)
       | otherwise = n          
 
-- Propiedades
-- ===========
 
-- Las propiedades son
prop_dodecafonica :: Int -> Property
prop_dodecafonica n = 
  n >= 0 ==>
  all esPermutacion (toLists d)
  && all (== d!(1,1)) [d!(i,i) | i <- [2..12]]
  && sum d == 936
  where xss = permutations [1..12]
        k   = n `mod` product [1..12]
        d   = matrizDodecafonica (xss !! k)
        esPermutacion ys = sort ys == [1..12]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_dodecafonica
--    +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Como el olivar,
mucho fruto lleva,
poca sombra da.

Antonio Machado

Conjetura de las familias estables por uniones

La conjetura de las familias estables por uniones fue planteada por Péter Frankl en 1979 y aún sigue abierta.

Una familia de conjuntos es estable por uniones si la unión de dos conjuntos cualesquiera de la familia pertenece a la familia. Por ejemplo, {∅, {1}, {2}, {1,2}, {1,3}, {1,2,3}} es estable por uniones; pero {{1}, {2}, {1,3}, {1,2,3}} no lo es.

La conjetura afirma que toda familia no vacía estable por uniones y distinta de {∅} posee algún elemento que pertenece al menos a la mitad de los conjuntos de la familia.

Definir las funciones

   esEstable :: Ord a => Set (Set a) -> Bool
   familiasEstables :: Ord a => Set a -> Set (Set (Set a))
   mayoritarios :: Ord a => Set (Set a) -> [a]
   conjeturaFrankl :: Int -> Bool

tales que

  • (esEstable f) se verifica si la familia f es estable por uniones. Por ejemplo,
     λ> esEstable (fromList [empty, fromList [1,2], fromList [1..5]])
     True
     λ> esEstable (fromList [empty, fromList [1,7], fromList [1..5]])
     False
     λ> esEstable (fromList [fromList [1,2], singleton 3, fromList [1..3]])
     True
  • (familiasEstables c) es el conjunto de las familias estables por uniones formadas por elementos del conjunto c. Por ejemplo,
     λ> familiasEstables (fromList [1..2])
     fromList
       [ fromList []
       , fromList [fromList []]
       , fromList [fromList [],fromList [1]]
       , fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2]],
         fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]
       , fromList [fromList [],fromList [1,2]]
       , fromList [fromList [],fromList [1,2],fromList [2]]
       , fromList [fromList [],fromList [2]]
       , fromList [fromList [1]]
       , fromList [fromList [1],fromList [1,2]]
       , fromList [fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]
       , fromList [fromList [1,2]]
       , fromList [fromList [1,2],fromList [2]]
       , fromList [fromList [2]]]
     λ> size (familiasEstables (fromList [1,2]))
     14
     λ> size (familiasEstables (fromList [1..3]))
     122
     λ> size (familiasEstables (fromList [1..4]))
     4960
  • (mayoritarios f) es la lista de elementos que pertenecen al menos a la mitad de los conjuntos de la familia f. Por ejemplo,
     mayoritarios (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) == [3]
     mayoritarios (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [4,5]]) == []
  • (conjeturaFrankl n) se verifica si para toda familia f formada por elementos del conjunto {1,2,…,n} no vacía, estable por uniones y distinta de {∅} posee algún elemento que pertenece al menos a la mitad de los conjuntos de f. Por ejemplo.
     conjeturaFrankl 2  ==  True
     conjeturaFrankl 3  ==  True
     conjeturaFrankl 4  ==  True

Soluciones

import Data.Set  as S ( Set
                      , delete
                      , deleteFindMin
                      , empty
                      , filter
                      , fromList
                      , insert
                      , map
                      , member
                      , null
                      , singleton
                      , size
                      , toList
                      , union
                      , unions
                      )
import Data.List as L ( filter
                      , null
                      )
 
esEstable :: Ord a => Set (Set a) -> Bool
esEstable xss =
  and [ys `S.union` zs `member` xss | (ys,yss) <- selecciones xss
                                    , zs <- toList yss]
 
-- (seleccciones xs) es la lista de los pares formada por un elemento de
-- xs y los restantes elementos. Por ejemplo,
--    λ> selecciones (fromList [3,2,5])
--    [(2,fromList [3,5]),(3,fromList [2,5]),(5,fromList [2,3])]
selecciones :: Ord a => Set a -> [(a,Set a)]
selecciones xs =
  [(x,delete x xs) | x <- toList xs] 
 
familiasEstables :: Ord a => Set a -> Set (Set (Set a))
familiasEstables xss =
  S.filter esEstable (familias xss)
 
-- (familias c) es la familia formadas con elementos de c. Por ejemplo,
--    λ> mapM_ print (familias (fromList [1,2]))
--    fromList []
--    fromList [fromList []]
--    fromList [fromList [],fromList [1]]
--    fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2]]
--    fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]
--    fromList [fromList [],fromList [1],fromList [2]]
--    fromList [fromList [],fromList [1,2]]
--    fromList [fromList [],fromList [1,2],fromList [2]]
--    fromList [fromList [],fromList [2]]
--    fromList [fromList [1]]
--    fromList [fromList [1],fromList [1,2]]
--    fromList [fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]
--    fromList [fromList [1],fromList [2]]
--    fromList [fromList [1,2]]
--    fromList [fromList [1,2],fromList [2]]
--    fromList [fromList [2]]
--    λ> size (familias (fromList [1,2]))
--    16
--    λ> size (familias (fromList [1,2,3]))
--    256
--    λ> size (familias (fromList [1,2,3,4]))
--    65536
familias :: Ord a => Set a -> Set (Set (Set a))
familias c =
  subconjuntos (subconjuntos c)
 
-- (subconjuntos c) es el conjunto de los subconjuntos de c. Por ejemplo,
--    λ> mapM_ print (subconjuntos (fromList [1,2,3]))
--    fromList []
--    fromList [1]
--    fromList [1,2]
--    fromList [1,2,3]
--    fromList [1,3]
--    fromList [2]
--    fromList [2,3]
--    fromList [3]
subconjuntos :: Ord a => Set a -> Set (Set a)
subconjuntos c
  | S.null c  = singleton empty
  | otherwise = S.map (insert x) sr `union` sr
  where (x,rc) = deleteFindMin c
        sr     = subconjuntos rc
 
-- (elementosFamilia f) es el conjunto de los elementos de los elementos
-- de la familia f. Por ejemplo, 
--    λ> elementosFamilia (fromList [empty, fromList [1,2], fromList [2,5]])
--    fromList [1,2,5]
elementosFamilia :: Ord a => Set (Set a) -> Set a
elementosFamilia = unions . toList
 
-- (nOcurrencias f x) es el número de conjuntos de la familia f a los
-- que pertenece el elemento x. Por ejemplo,
--    nOcurrencias (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) 3 == 2
--    nOcurrencias (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) 4 == 0
--    nOcurrencias (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) 5 == 1
nOcurrencias :: Ord a => Set (Set a) -> a -> Int
nOcurrencias f x =
  length (L.filter (x `member`) (toList f))
 
mayoritarios :: Ord a => Set (Set a) -> [a]
mayoritarios f =
  [x | x <- toList (elementosFamilia f)
     , nOcurrencias f x >= n]
  where n = (1 + size f) `div` 2
 
conjeturaFrankl :: Int -> Bool
conjeturaFrankl n =
  and [ not (L.null (mayoritarios f))
      | f <- fs
      , f /= fromList []
      , f /= fromList [empty]]
  where fs = toList (familiasEstables (fromList [1..n]))
 
 
-- conjeturaFrankl' :: Int -> Bool
conjeturaFrankl' n =
  [f | f <- fs
     , L.null (mayoritarios f)
     , f /= fromList []
     , f /= fromList [empty]]
  where fs = toList (familiasEstables (fromList [1..n]))

Pensamiento

Pero tampoco es razón
desdeñar
consejo que es confesión.

Antonio Machado

Matrices dispersas

Una matriz es dispersa si la mayoriá de sus elementos son ceros. Por ejemplo, la primera de las siguientes matrices es dispersa y la segunda no lo es

   ( 0 0 4 )   ( 0 1 4 )
   ( 0 5 0 )   ( 0 5 1 )
   ( 0 0 0 )

Usando la librería Data.Matrix, las anteriores matrices se pueden definir por

   ej1, ej2 :: Matrix Int
   ej1 = fromList 3 3 [0,0,4,0,5,0,0,0,0]
   ej2 = fromList 2 3 [0,1,4,0,5,1]

La dispersión de una matriz es el cociente entre el número de ceros de la matriz y el producto de sus números de filas y de columnas.

Definir las siguientes funciones

   dispersion :: (Num a, Eq a) => Matrix a -> Double
   esDispersa :: (Num a, Eq a) => Matrix a -> Bool

tales que

  • (dispersion p) es la dispersión de la matriz p. Por ejemplo,
     dispersion ej1              ==  0.7777777777777778
     dispersion ej2              ==  0.3333333333333333
     dispersion (fmap (+1) ej1)  ==  0.0
     dispersion (identity 3)     ==  0.6666666666666666
     dispersion (zero 9 9)       ==  1.0
  • (esDispersa p) se verifica si la matriz p es dispersa. Por ejemplo,
     esDispersa ej1              ==  True
     esDispersa ej2              ==  False
     esDispersa (fmap (+1) ej1)  ==  False
     esDispersa (identity 3)     ==  True
     esDispersa (zero 9 9)       ==  True

Soluciones

import Data.Matrix (Matrix, fromList, nrows, ncols, toList)
 
ej1, ej2 :: Matrix Int
ej1 = fromList 3 3 [0,0,4,0,5,0,0,0,0]
ej2 = fromList 2 3 [0,1,4,0,5,1]
 
dispersion :: (Num a, Eq a) => Matrix a -> Double
dispersion p =
  fi nCeros / (fi nrows * fi ncols)
  where fi f = (fromIntegral . f) p
 
-- (nCeros p) es el número de ceros de la matriz p. Por ejemplo,
--    nCeros ej1  ==  7
--    nCeros ej2  ==  2
nCeros :: (Num a, Eq a) => Matrix a -> Int
nCeros p = length (filter (== 0) (toList p))
 
-- La función anterior se puede definir sin argumentos:
nCeros2 :: (Num a, Eq a) => Matrix a -> Int
nCeros2 = length . filter (== 0) . toList
 
esDispersa :: (Num a, Eq a) => Matrix a -> Bool
esDispersa p = dispersion p > 0.5
 
-- La función anterior se puede definir sin argumentos:
esDispersa2 :: (Num a, Eq a) => Matrix a -> Bool
esDispersa2 = (> 0.5) . dispersion

Distancias entre primos consecutivos

Los 15 primeros números primos son

   2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47

Las distancias entre los elementos consecutivos son

   1, 2, 2, 4, 2,  4,  2,  4,  6,  2,  6,  4,  2,  4

La distribución de las distancias es

   (1,1), (2,6), (4,5), (6,2)

(es decir, el 1 aparece una vez, el 2 aparece 6 veces, etc.) La frecuencia de las distancias es

   (1,7.142857), (2,42.857143), (4,35.714287), (6,14.285714)

(es decir, el 1 aparece el 7.142857%, el 2 el 42.857143% etc.)

Definir las funciones

  cuentaDistancias        :: Int -> [(Int,Int)]
  frecuenciasDistancias   :: Int -> [(Int,Float)]
  graficas                :: [Int] -> IO ()
  distanciasMasFrecuentes :: Int -> [Int]

tales que

  • (cuentaDistancias n) es la distribución de distancias entre los n primeros primos consecutivos. Por ejemplo,
     λ> cuentaDistancias 15
     [(1,1),(2,6),(4,5),(6,2)]
     λ> cuentaDistancias 100
     [(1,1),(2,25),(4,26),(6,25),(8,7),(10,7),(12,4),(14,3),(18,1)]
  • (frecuenciasDistancias n) es la frecuencia de distancias entre los n primeros primos consecutivos. Por ejemplo,
     λ> frecuenciasDistancias 15
     [(1,7.142857),(2,42.857143),(4,35.714287),(6,14.285714)]
     λ> frecuenciasDistancias 30
     [(1,3.4482758),(2,34.482758),(4,34.482758),(6,24.137932),(8,3.4482758)]
  • (graficas ns) dibuja las gráficas de (frecuenciasDistancias k) para k en ns. Por ejemplo, (graficas [10,20,30]) dibuja
    Distancias_entre_primos_consecutivos1
    (graficas [1000,2000,3000]) dibuja
    Distancias_entre_primos_consecutivos2
    y (graficas [100000,200000,300000]) dibuja
    Distancias_entre_primos_consecutivos3
  • (distanciasMasFrecuentes n) es la lista de las distancias más frecuentes entre los elementos consecutivos de la lista de los n primeros primos. Por ejemplo,
     distanciasMasFrecuentes 15     ==  [2]
     distanciasMasFrecuentes 26     ==  [2,4]
     distanciasMasFrecuentes 32     ==  [4]
     distanciasMasFrecuentes 41     ==  [2,4,6]
     distanciasMasFrecuentes 77     ==  [6]
     distanciasMasFrecuentes 160    ==  [4,6]
     distanciasMasFrecuentes (10^6) == [6]

Comprobar con QuickCheck si para todo n > 160 se verifica que (distanciasMasFrecuentes n) es [6].

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import qualified Data.Map as M 
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Test.QuickCheck
 
cuentaDistancias :: Int -> [(Int,Int)]
cuentaDistancias = M.toList . dicDistancias
 
dicDistancias :: Int -> M.Map Int Int
dicDistancias n =
  M.fromListWith (+) (zip (distancias n) (repeat 1))
 
distancias :: Int -> [Int]
distancias n =
  zipWith (-) (tail xs) xs
  where xs = take n primes
 
frecuenciasDistancias :: Int -> [(Int,Float)]
frecuenciasDistancias n =
  [(k,(100 * fromIntegral x) / n1) | (k,x) <- cuentaDistancias n]
  where n1 = fromIntegral (n-1)
 
graficas :: [Int] -> IO ()
graficas ns =
  plotLists [Key Nothing]
            (map frecuenciasDistancias ns)
 
distanciasMasFrecuentes :: Int -> [Int]
distanciasMasFrecuentes n =
  M.keys (M.filter (==m) d)
  where d = dicDistancias n
        m = maximum (M.elems d)
 
-- La propiedad es
prop_distanciasMasFrecuentes :: Int -> Bool
prop_distanciasMasFrecuentes n =
  distanciasMasFrecuentes (161 + abs n) == [6]

Diagonales de matrices como listas

Las matrices se pueden representar como listas de listas de la misma longitud, donde cada uno de sus elementos representa una fila de la matriz.

Definir la función

   diagonal :: [[a]] -> [a]

tal que (diagonal xss) es la diagonal de la matriz xss. Por ejemplo,

   diagonal [[3,5,2],[4,7,1],[6,9,0]]           ==  [3,7,0]
   diagonal [[3,5],[4,7],[6,9]]                 ==  [3,7]
   diagonal [[3,5,2],[4,7,1]]                   ==  [3,7]
   sum (diagonal (replicate 20000 [1..20000]))  ==  200010000

Soluciones

import Data.Array  ((!), listArray)
import Data.Matrix (fromLists, getDiag)
import Data.Vector (toList)
 
-- 1ª definición (por recursión):
diagonal1 :: [[a]] -> [a]
diagonal1 ((x:_):xss) = x : diagonal1 [tail xs | xs <- xss]
diagonal1 _           = []
 
-- 2ª definición (por comprensión):
diagonal2 :: [[a]] -> [a]
diagonal2 xss = [xs!!k | (xs,k) <- zip xss [0..n]]
    where n = length (head xss) - 1
 
-- 3ª definición (con Data.Matrix)
diagonal3 :: [[a]] -> [a]
diagonal3 = toList . getDiag . fromLists
 
-- 4ª definición (con Data.Array)
diagonal4 :: [[a]] -> [a]
diagonal4 xss = [p!(i,i) | i <- [1..k]] 
    where m = length xss
          n = length (head xss)
          k = min m n
          p = listArray ((1,1),(m,n)) (concat xss)
 
-- Comparación de eficiencia
--    λ> let n = 3000 in sum (diagonal1 (replicate n [1..n]))
--    4501500
--    (2.08 secs, 754,089,992 bytes)
--    λ> let n = 3000 in sum (diagonal2 (replicate n [1..n]))
--    4501500
--    (0.06 secs, 0 bytes)
--    λ> let n = 3000 in sum (diagonal3 (replicate n [1..n]))
--    4501500
--    (1.22 secs, 1,040,787,360 bytes)
--    λ> let n = 3000 in sum (diagonal4 (replicate n [1..n]))
--    4501500
--    (0.96 secs, 624,463,632 bytes)

Solución con Maxima

diagonal (xss) := block ([A],
  A : apply (matrix, xss),
  [m,n] : matrix_size (A),
  k : min (m,n),
  makelist (A[i,i],i,k))$

Actualización de una lista

Definir la función

   actualiza :: [a] -> [(Int,a)] -> [a]

tal que (actualiza xs ps) es la lista obtenida sustituyendo en xs los elementos cuyos índices son las primeras componentes de ps por las segundas. Por ejemplo,

   actualiza [3,5,2,4] [(2,1),(0,7)]  ==  [7,5,1,4]
   sum (actualiza [1..10^4] [(i,2*i) | i <- [0..10^4-1]]) == 99990000

Soluciones

import qualified Data.Vector as V
import Data.Array 
 
-- 1ª solución (por recursión)
-- ===========================
 
actualiza :: [a] -> [(Int,a)] -> [a]
actualiza xs []         = xs
actualiza xs ((n,y):ps) = actualiza (actualizaE xs (n,y)) ps
 
-- (actualizaE xs (n,y)) es la lista obtenida sustituyendo el  elemento
-- n-ésimo de xs por y. Por ejemplo, 
--    actualiza [3,5,2,4] (2,1) ==  [3,5,1,4]
actualizaE :: [a] -> (Int,a) -> [a]
actualizaE xs (n,y) =
    take n xs ++ y : drop (n+1) xs
 
-- 2ª solución (por tablas)
-- ========================
 
actualiza2 :: [a] -> [(Int,a)] -> [a]
actualiza2 xs ps = 
    elems (listArray (0,length xs - 1) xs // ps)
 
-- 3ª solución (por vectores)
-- ==========================
 
actualiza3 :: [a] -> [(Int,a)] -> [a]
actualiza3 xs ps = 
    V.toList (V.fromList xs V.// ps)
 
-- Comparación de eficiencia
--    ghci> let n = 10^2 in sum $ actualiza [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    9900
--    (0.02 secs, 4668984 bytes)
--    ghci> let n = 10^3 in sum $ actualiza [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    999000
--    (0.28 secs, 77454496 bytes)
--    ghci> let n = 10^4 in sum $ actualiza [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    99990000
--    (63.46 secs, 8769501704 bytes)
--    
--    ghci> let n = 10^2 in sum $ actualiza2 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    9900
--    (0.02 secs, 4147304 bytes)
--    ghci> let n = 10^3 in sum $ actualiza2 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    999000
--    (0.02 secs, 4694784 bytes)
--    ghci> let n = 10^4 in sum $ actualiza2 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    99990000
--    (0.05 secs, 12276800 bytes)
--    
--    ghci> let n = 10^2 in sum $ actualiza3 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    9900
--    (0.01 secs, 4147304 bytes)
--    ghci> let n = 10^3 in sum $ actualiza3 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    999000
--    (0.02 secs, 4682680 bytes)
--    ghci> let n = 10^4 in sum $ actualiza3 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    99990000
--    (0.04 secs, 12595224 bytes)