zipWith – Página 2

Aplicación de lista de funciones a lista de elementos

PorJosé A. Alonso 5-diciembre-201712-diciembre-2017

Definir la función

   aplicaLista :: [a -> b] -> [a] -> [b]

1	aplicaLista :: [a -> b] -> [a] -> [b]

tal que (aplicaLista fs xs) es la lista de los valores de las funciones de fs
aplicadas a los correspondientes elementos de xs. Por ejemplo,

   aplicaLista [(+2),(`div` 3),(*5)] [4,6,2]    ==  [6,2,10]
   aplicaLista [(+2),(`div` 3),(*5)] [4,6,2,8]  ==  [6,2,10]
   aplicaLista [(>2),(==3),(<5)]     [4,6,2,9]  ==  [True,False,True]

aplicaLista [(+2),(`div` 3),(*5)] [4,6,2] == [6,2,10]

aplicaLista [(+2),(`div` 3),(*5)] [4,6,2,8] == [6,2,10]

aplicaLista [(>2),(==3),(<5)] [4,6,2,9] == [True,False,True]

Soluciones

-- 1ª definición (por comprensión)
aplicaLista :: [a -> b] -> [a] -> [b]
aplicaLista fs xs =
  [f x | (f,x) <- zip fs xs]

-- 2ª definición (por recursión)
aplicaLista2 :: [a -> b] -> [a] -> [b]
aplicaLista2 (f:fs) (x:xs) = f x : aplicaLista2 fs xs
aplicaLista2 _      _     = []

-- 3ª definición (por orden superior)
aplicaLista3 :: [a -> b] -> [a] -> [b]
aplicaLista3 = zipWith ($)

-- 1ª definición (por comprensión)

aplicaLista :: [a -> b] -> [a] -> [b]

aplicaLista fs xs =

[f x | (f,x) <- zip fs xs]

-- 2ª definición (por recursión)

aplicaLista2 :: [a -> b] -> [a] -> [b]

aplicaLista2 (f:fs) (x:xs) = f x : aplicaLista2 fs xs

aplicaLista2 _ _ = []

-- 3ª definición (por orden superior)

aplicaLista3 :: [a -> b] -> [a] -> [b]

aplicaLista3 = zipWith ($)

Mayúsculas y minúsculas alternadas

PorJosé A. Alonso 4-diciembre-201712-diciembre-2017

Definir la función

   alternadas :: String -> (String,String)

1	alternadas :: String -> (String,String)

tal que (alternadas cs) es el par de cadenas (xs,ys) donde xs es la cadena obtenida escribiendo alternativamente en mayúscula o minúscula las letras de la palabra cs (que se supone que es una cadena de letras minúsculas) e ys se obtiene análogamente pero empezando en minúscula. Por ejemplo,

   λ> alternadas "salamandra"
   ("SaLaMaNdRa","sAlAmAnDrA")
   λ> alternadas "solosequenosenada"
   ("SoLoSeQuEnOsEnAdA","sOlOsEqUeNoSeNaDa")
   λ> alternadas (replicate 30 'a')
   ("AaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAa","aAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaA")

λ> alternadas "salamandra"

("SaLaMaNdRa","sAlAmAnDrA")

λ> alternadas "solosequenosenada"

("SoLoSeQuEnOsEnAdA","sOlOsEqUeNoSeNaDa")

λ> alternadas (replicate 30 'a')

("AaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAa","aAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaAaA")

Soluciones

import Data.Char (toUpper)

-- 1ª solución
alternadas :: String -> (String,String)
alternadas []     = ([],[])
alternadas (x:xs) = (toUpper x : zs, x : ys)
  where (ys,zs) = alternadas xs

-- 2ª solución
alternadas2 :: String -> (String,String)
alternadas2 xs =
  ( [f x | (f,x) <- zip (cycle [toUpper,id]) xs]
  , [f x | (f,x) <- zip (cycle [id,toUpper]) xs]
  )

-- Comparación de eficiencia
--    λ> import Data.List
--    λ> let (xs,ys) = alternadas (replicate (10^6) 'a') in nub (xs ++ ys)
--    "Aa"
--    (4.81 secs, 616,143,320 bytes)
--    λ> let (xs,ys) = alternadas2 (replicate (10^6) 'a') in nub (xs ++ ys)
--    "Aa"
--    (3.23 secs, 528,144,752 bytes)

import Data.Char (toUpper)

-- 1ª solución

alternadas :: String -> (String,String)

alternadas [] = ([],[])

alternadas (x:xs) = (toUpper x : zs, x : ys)

where (ys,zs) = alternadas xs

-- 2ª solución

alternadas2 :: String -> (String,String)

alternadas2 xs =

( [f x | (f,x) <- zip (cycle [toUpper,id]) xs]

, [f x | (f,x) <- zip (cycle [id,toUpper]) xs]

)

-- Comparación de eficiencia

-- λ> import Data.List

-- λ> let (xs,ys) = alternadas (replicate (10^6) 'a') in nub (xs ++ ys)

-- "Aa"

-- (4.81 secs, 616,143,320 bytes)

-- λ> let (xs,ys) = alternadas2 (replicate (10^6) 'a') in nub (xs ++ ys)

-- "Aa"

-- (3.23 secs, 528,144,752 bytes)

Sucesión contadora

PorJosé A. Alonso 22-noviembre-201726-marzo-2022

Definir las siguientes funciones

   numeroContado           :: Integer -> Integer
   contadora               :: Integer -> [Integer]
   lugarPuntoFijoContadora :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

numeroContado :: Integer -> Integer

contadora :: Integer -> [Integer]

lugarPuntoFijoContadora :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

tales que

(numeroContado n) es el número obtenido al contar las repeticiones de cada una de las cifras de n. Por ejemplo,

     numeroContado 1                 == 11
     numeroContado 114213            == 31121314
     numeroContado 1111111111111111  == 161
     numeroContado 555555555500      == 20105

numeroContado 1 == 11

numeroContado 114213 == 31121314

numeroContado 1111111111111111 == 161

numeroContado 555555555500 == 20105

(contadora n) es la sucesión cuyo primer elemento es n y los restantes se obtienen contando el número anterior de la sucesión. Por ejemplo,

     λ> take 14 (contadora 1)
     [1,11,21,1112,3112,211213,312213,212223,114213,31121314,41122314,
      31221324,21322314,21322314]
     λ> take 14 (contadora 5)
     [5,15,1115,3115,211315,31121315,41122315,3122131415,4122231415,
      3132132415,3122331415,3122331415,3122331415,3122331415]

λ> take 14 (contadora 1)

[1,11,21,1112,3112,211213,312213,212223,114213,31121314,41122314,

31221324,21322314,21322314]

λ> take 14 (contadora 5)

[5,15,1115,3115,211315,31121315,41122315,3122131415,4122231415,

3132132415,3122331415,3122331415,3122331415,3122331415]

(lugarPuntoFijoContadora n k) es el menor i <= k tal que son iguales los elementos en las posiciones i e i+1 de la sucesión contadora que cominza con n. Por ejemplo,

      λ> lugarPuntoFijoContadora 1 100
      Just 12
      λ> contadora 1 !! 11
      31221324
      λ> contadora 1 !! 12
      21322314
      λ> contadora 1 !! 13
      21322314
      λ> lugarPuntoFijoContadora 1 10
      Nothing
      λ> lugarPuntoFijoContadora 5 20
      Just 10
      λ> lugarPuntoFijoContadora 40 200
      Nothing

λ> lugarPuntoFijoContadora 1 100

Just 12

λ> contadora 1 !! 11

31221324

λ> contadora 1 !! 12

21322314

λ> contadora 1 !! 13

21322314

λ> lugarPuntoFijoContadora 1 10

Nothing

λ> lugarPuntoFijoContadora 5 20

Just 10

λ> lugarPuntoFijoContadora 40 200

Nothing

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Ángel Ruiz.

Soluciones

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

-- Definición de numeroContado
numeroContado :: Integer -> Integer
numeroContado n =
  (read . concat . map concat) [[(show . length) m,nub m]
                               | m <- (group . sort . show) n]

-- 1ª definición de contadora
contadora :: Integer -> [Integer]
contadora n = n : map numeroContado (contadora n)

-- 2ª definición de contadora
contadora2 :: Integer ->  [Integer]
contadora2 = iterate numeroContado 

-- Definición de lugarPuntoFijoContadora
lugarPuntoFijoContadora :: Integer -> Integer -> Maybe Integer
lugarPuntoFijoContadora n k
  | m == k-1  = Nothing
  | otherwise = Just m
  where xs = genericTake k (contadora n)
        ds = zipWith (-) xs (tail xs)
        m  = genericLength (takeWhile (/=0) ds)

import Data.List ( genericLength

, genericTake

, group

, nub

, sort

)

-- Definición de numeroContado

numeroContado :: Integer -> Integer

numeroContado n =

(read . concat . map concat) [[(show . length) m,nub m]

| m <- (group . sort . show) n]

-- 1ª definición de contadora

contadora :: Integer -> [Integer]

contadora n = n : map numeroContado (contadora n)

-- 2ª definición de contadora

contadora2 :: Integer -> [Integer]

contadora2 = iterate numeroContado

-- Definición de lugarPuntoFijoContadora

lugarPuntoFijoContadora :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

lugarPuntoFijoContadora n k

| m == k-1 = Nothing

| otherwise = Just m

where xs = genericTake k (contadora n)

ds = zipWith (-) xs (tail xs)

m = genericLength (takeWhile (/=0) ds)

Números oblongos

PorJosé A. Alonso 13-noviembre-201725-marzo-2022

Un número oblongo es un número que es el producto de dos números naturales consecutivos; es decir, n es un número oblongo si existe un número natural x tal que n = x(x+1). Por ejemplo, 42 es un número oblongo porque 42 = 6 x 7.

Definir las funciones

   esOblongo :: Integer -> Bool
   oblongos  :: [Integer]

1 2	esOblongo :: Integer -> Bool oblongos :: [Integer]

tales que

(esOblongo n) se verifica si n es oblongo. Por ejemplo,

     esOblongo 42               ==  True
     esOblongo 40               ==  False
     esOblongo 100000010000000  ==  True

esOblongo 42 == True

esOblongo 40 == False

esOblongo 100000010000000 == True

oblongos es la suceción de los números oblongos. Por ejemplo,

     take 15 oblongos   == [0,2,6,12,20,30,42,56,72,90,110,132,156,182,210]
     oblongos !! 50     == 2550
     oblongos !! (10^7) == 100000010000000

take 15 oblongos == [0,2,6,12,20,30,42,56,72,90,110,132,156,182,210]

oblongos !! 50 == 2550

oblongos !! (10^7) == 100000010000000

Soluciones

-- 1ª definición de esOblongo
esOblongo1 :: Integer -> Bool
esOblongo1 n =
  n == x * (x+1)
  where x = round (sqrt (fromIntegral n))

-- 2ª definición de esOblongo
esOblongo2 :: Integer -> Bool
esOblongo2 n =
  n `pertenece` oblongos3

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

-- 1ª definición de oblongos
oblongos1 :: [Integer]
oblongos1 = [n | n <- [0..]
               , esOblongo1 n]

-- 2ª definición de oblongos
oblongos2 :: [Integer]
oblongos2 = filter esOblongo1 [0..]

-- 3ª definición de oblongos
oblongos3 :: [Integer]
oblongos3 = zipWith (*) [0..] [1..]

-- 1ª definición de esOblongo

esOblongo1 :: Integer -> Bool

esOblongo1 n =

n == x * (x+1)

where x = round (sqrt (fromIntegral n))

-- 2ª definición de esOblongo

esOblongo2 :: Integer -> Bool

esOblongo2 n =

n `pertenece` oblongos3

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

pertenece x ys =

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

-- 1ª definición de oblongos

oblongos1 :: [Integer]

oblongos1 = [n | n <- [0..]

, esOblongo1 n]

-- 2ª definición de oblongos

oblongos2 :: [Integer]

oblongos2 = filter esOblongo1 [0..]

-- 3ª definición de oblongos

oblongos3 :: [Integer]

oblongos3 = zipWith (*) [0..] [1..]

Operaciones con series de potencias

PorJosé A. Alonso 21-abril-201725-marzo-2022

Una serie de potencias es una serie de la forma

   a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

1	a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

Las series de potencias se pueden representar mediante listas infinitas. Por ejemplo, la serie de la función exponencial es

   e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

1	e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

y se puede representar por [1, 1, 1/2, 1/6, 1/24, 1/120, …]

Las operaciones con series se pueden ver como una generalización de las de los polinomios.

En lo que sigue, usaremos el tipo (Serie a) para representar las series de potencias con coeficientes en a y su definición es

   type Serie a = [a]

1	type Serie a = [a]

Definir las siguientes funciones

   opuesta      :: Num a => Serie a -> Serie a
   suma         :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   resta        :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   producto     :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   cociente     :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   derivada     :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   integral     :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   expx         :: Serie Rational

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

expx :: Serie Rational

tales que

(opuesta xs) es la opuesta de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (opuesta [-6,-4..])
     [6,4,2,0,-2,-4,-6]

1 2	λ> take 7 (opuesta [-6,-4..]) [6,4,2,0,-2,-4,-6]

(suma xs ys) es la suma de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..])
     [3,7,11,15,19,23,27]

1 2	λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..]) [3,7,11,15,19,23,27]

(resta xs ys) es la resta de las series xs es ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])
     [1,1,1,1,1,1,1]
     λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])
     [2,4,6,8,10,12,14]

λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])

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

λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])

[2,4,6,8,10,12,14]

(producto xs ys) es el producto de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..])
     [6,22,52,100,170,266,392]

1 2	λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..]) [6,22,52,100,170,266,392]

(cociente xs ys) es el cociente de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..])
     [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..]) [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

(derivada xs) es la derivada de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (derivada [2,4..])
     [4,12,24,40,60,84,112]

1 2	λ> take 7 (derivada [2,4..]) [4,12,24,40,60,84,112]

(integral xs) es la integral de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0))
     [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0)) [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

expx es la serie de la función exponencial. Por ejemplo,

     λ> take 8 expx
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (derivada expx)
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (integral expx)
     [0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 expx

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (derivada expx)

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (integral expx)

[0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

Soluciones

type Serie a = [a] 

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a
opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
producto (x:xs) zs@(y:ys) = 
    x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
cociente (x:xs) (y:ys) = zs 
    where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))  

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational
expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo, 
--    take 7 factoriales  ==  [1,1,2,6,24,120,720]
factoriales :: [Integer]
factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

type Serie a = [a]

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto (x:xs) zs@(y:ys) =

x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente (x:xs) (y:ys) = zs

where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational

expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo,

-- take 7 factoriales == [1,1,2,6,24,120,720]

factoriales :: [Integer]

factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

Distancias entre primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 4-abril-201711-abril-2017

Los 15 primeros números primos son

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

1	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

1	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)

1	(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)

1	(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]

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)]

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)]

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

(graficas [1000,2000,3000]) dibuja

y (graficas [100000,200000,300000]) dibuja
(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]

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]

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]

Rotaciones divisibles por 4

PorJosé A. Alonso 3-abril-201710-abril-2017

Las rotaciones de 928160 son 928160, 281609, 816092, 160928, 609281 y 92816. De las cuales, las divisibles por 4 son 928160, 816092, 160928 y 92816.

Definir la función

   nRotacionesDivisibles :: Integer -> Int

1	nRotacionesDivisibles :: Integer -> Int

tal que (nRotacionesDivisibles n) es el número de rotaciones del número n divisibles por 4. Por ejemplo,

   nRotacionesDivisibles 928160          ==  4
   nRotacionesDivisibles 44              ==  2
   nRotacionesDivisibles (1234^50000)    ==  38684
   nRotacionesDivisibles (1234^300000)   ==  231853

nRotacionesDivisibles 928160 == 4

nRotacionesDivisibles 44 == 2

nRotacionesDivisibles (1234^50000) == 38684

nRotacionesDivisibles (1234^300000) == 231853

Soluciones

import Data.Char (digitToInt)

-- 1ª definición
-- =============

nRotacionesDivisibles :: Integer -> Int
nRotacionesDivisibles n =
  length [x | x <- rotacionesNumero n, x `mod` 4 == 0]


-- (rotacionesNumero) es la lista de la rotaciones del número n. Por
-- ejemplo,
--    rotacionesNumero 235  ==  [235,352,523]
rotacionesNumero :: Integer -> [Integer]
rotacionesNumero = map read . rotaciones . show

-- (rotaciones xs) es la lista de las rotaciones obtenidas desplazando
-- el primer elemento xs al final. Por ejemplo,
--    rotaciones [2,3,5]  ==  [[2,3,5],[3,5,2],[5,2,3]]
rotaciones :: [a] -> [[a]]
rotaciones xs = take (length xs) (iterate rota xs)

-- (rota xs) es la lista añadiendo el primer elemento de xs al
-- final. Por ejemplo, 
--    rota [3,2,5,7]  ==  [2,5,7,3]
rota :: [a] -> [a]
rota (x:xs) = xs ++ [x]

-- 2ª definición
-- =============

nRotacionesDivisibles2 :: Integer -> Int
nRotacionesDivisibles2 n = 
  length [x | x <- pares n, x `mod` 4 == 0]

-- (pares n) es la lista de pares de elementos consecutivos, incluyendo
-- el último con el primero. Por ejemplo,
--    pares 928160  ==  [9,92,28,81,16,60]
pares :: Integer -> [Int]
pares n =
  read [last ns,head ns] : [read [a,b] | (a,b) <- zip ns (tail ns)]
  where ns = show n

-- 3ª definición
-- =============

nRotacionesDivisibles3 :: Integer -> Int
nRotacionesDivisibles3 n =
  ( length
  . filter (0 ==)
  . map (`mod` 4)
  . zipWith (\x y -> 2*x + y) d
  . tail
  . (++[i])) d
  where
    d@(i:dn) = (map digitToInt . show) n

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

--    λ> nRotacionesDivisibles (123^1500)
--    803
--    (8.15 secs, 7,109,852,800 bytes)
--    λ> nRotacionesDivisibles2 (123^1500)
--    803
--    (0.05 secs, 0 bytes)
--    λ> nRotacionesDivisibles3 (123^1500)
--    803
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--
--    λ> nRotacionesDivisibles2 (1234^50000)
--    38684
--    (2.24 secs, 1,160,467,472 bytes)
--    λ> nRotacionesDivisibles3 (1234^50000)
--    38684
--    (0.31 secs, 68,252,040 bytes)

import Data.Char (digitToInt)

-- 1ª definición

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

nRotacionesDivisibles :: Integer -> Int

nRotacionesDivisibles n =

length [x | x <- rotacionesNumero n, x `mod` 4 == 0]

-- (rotacionesNumero) es la lista de la rotaciones del número n. Por

-- ejemplo,

-- rotacionesNumero 235 == [235,352,523]

rotacionesNumero :: Integer -> [Integer]

rotacionesNumero = map read . rotaciones . show

-- (rotaciones xs) es la lista de las rotaciones obtenidas desplazando

-- el primer elemento xs al final. Por ejemplo,

-- rotaciones [2,3,5] == [[2,3,5],[3,5,2],[5,2,3]]

rotaciones :: [a] -> [[a]]

rotaciones xs = take (length xs) (iterate rota xs)

-- (rota xs) es la lista añadiendo el primer elemento de xs al

-- final. Por ejemplo,

-- rota [3,2,5,7] == [2,5,7,3]

rota :: [a] -> [a]

rota (x:xs) = xs ++ [x]

-- 2ª definición

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

nRotacionesDivisibles2 :: Integer -> Int

nRotacionesDivisibles2 n =

length [x | x <- pares n, x `mod` 4 == 0]

-- (pares n) es la lista de pares de elementos consecutivos, incluyendo

-- el último con el primero. Por ejemplo,

-- pares 928160 == [9,92,28,81,16,60]

pares :: Integer -> [Int]

pares n =

read [last ns,head ns] : [read [a,b] | (a,b) <- zip ns (tail ns)]

where ns = show n

-- 3ª definición

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

nRotacionesDivisibles3 :: Integer -> Int

nRotacionesDivisibles3 n =

( length

. filter (0 ==)

. map (`mod` 4)

. zipWith (\x y -> 2*x + y) d

. tail

. (++[i])) d

where

d@(i:dn) = (map digitToInt . show) n

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nRotacionesDivisibles (123^1500)

-- 803

-- (8.15 secs, 7,109,852,800 bytes)

-- λ> nRotacionesDivisibles2 (123^1500)

-- 803

-- (0.05 secs, 0 bytes)

-- λ> nRotacionesDivisibles3 (123^1500)

-- 803

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> nRotacionesDivisibles2 (1234^50000)

-- 38684

-- (2.24 secs, 1,160,467,472 bytes)

-- λ> nRotacionesDivisibles3 (1234^50000)

-- 38684

-- (0.31 secs, 68,252,040 bytes)

Distribución de diferencias de dígitos consecutivos de pi

PorJosé A. Alonso 14-marzo-201725-abril-2021

La distribución de las diferencias de los dígitos consecutivos para los 18 primeros dígitos de pi se calcula como sigue: los primeros 18 dígitos de pi son

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

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

Las diferencias de sus elementos consecutivos es

   2, -3, 3, -4, -4, 7, -4, 1, 2, -2, -3, -1, 2, -2, 6, 1, -1

1	2, -3, 3, -4, -4, 7, -4, 1, 2, -2, -3, -1, 2, -2, 6, 1, -1

y la distribución de sus frecuencias en el intervalo [-9,9] es

   0, 0, 0, 0, 0, 3, 2, 2, 2, 0, 2, 3, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0

1	0, 0, 0, 0, 0, 3, 2, 2, 2, 0, 2, 3, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0

es decir, el desde el -9 a -5 no aparecen, el -4 aparece 3 veces, el -2 aparece 2 veces y así sucesivamente.

Definir las funciones

   distribucionDDCpi :: Int -> [Int]
   graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()

1 2	distribucionDDCpi :: Int -> [Int] graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()

tales que

(distribucionDDCpi n) es la distribución de las diferencias de los dígitos consecutivos para los primeros n dígitos de pi. Por ejemplo,

   λ> distribucionDDCpi 18
   [0,0,0,0,0,3,2,2,2,0,2,3,1,0,0,1,1,0,0]
   λ> distribucionDDCpi 100
   [1,2,1,7,7,7,6,5,8,6,7,14,4,9,3,6,4,1,0]
   λ> distribucionDDCpi 200
   [3,6,2,13,14,12,11,12,15,17,15,19,11,17,8,13,9,2,0]
   λ> distribucionDDCpi 1000
   [16,25,23,44,57,61,55,75,92,98,80,88,64,65,42,54,39,14,8]
   λ> distribucionDDCpi 5000
   [67,99,130,196,245,314,361,391,453,468,447,407,377,304,242,221,134,97,47]

λ> distribucionDDCpi 18

[0,0,0,0,0,3,2,2,2,0,2,3,1,0,0,1,1,0,0]

λ> distribucionDDCpi 100

[1,2,1,7,7,7,6,5,8,6,7,14,4,9,3,6,4,1,0]

λ> distribucionDDCpi 200

[3,6,2,13,14,12,11,12,15,17,15,19,11,17,8,13,9,2,0]

λ> distribucionDDCpi 1000

[16,25,23,44,57,61,55,75,92,98,80,88,64,65,42,54,39,14,8]

λ> distribucionDDCpi 5000

[67,99,130,196,245,314,361,391,453,468,447,407,377,304,242,221,134,97,47]

(graficas ns f) dibuja en el fichero f las gráficas de las distribuciones de las diferencias de los dígitos consecutivos para los primeros n dígitos de pi, para n en ns. Por ejemplo, al evaluar (graficas [100,250..4000] «distribucionDDCpi.png» se escribe en el fichero «distribucionDDCpi.png» la siguiente gráfica

Nota: Se puede usar la librería Data.Number.CReal.

Soluciones

import Data.Number.CReal
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Data.Array

--    λ> digitosPi 18
--    [3,1,4,1,5,9,2,6,5,3,5,8,9,7,9,3,2,3]
digitosPi :: Int -> [Int]
digitosPi n = init [read [c] | c <- (x:xs)]
  where (x:_:xs) = showCReal n pi

--    λ> diferenciasConsecutivos (digitosPi 18)
--    [2,-3,3,-4,-4,7,-4,1,2,-2,-3,-1,2,-2,6,1,-1]
diferenciasConsecutivos :: Num a => [a] -> [a]
diferenciasConsecutivos xs =
  zipWith (-) xs (tail xs)

distribucionDDCpi :: Int -> [Int]
distribucionDDCpi =
  distribucion . diferenciasConsecutivos . digitosPi
  where distribucion xs =
          elems (accumArray (+) 0 (-9,9) (zip xs (repeat 1)))

graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()
graficas ns f = 
  plotLists [Key Nothing, PNG f]
            [puntos n | n <- ns]
  where puntos :: Int -> [(Int,Int)]
        puntos n = zip [-9..9] (distribucionDDCpi n)

import Data.Number.CReal

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Data.Array

-- λ> digitosPi 18

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

digitosPi :: Int -> [Int]

digitosPi n = init [read [c] | c <- (x:xs)]

where (x:_:xs) = showCReal n pi

-- λ> diferenciasConsecutivos (digitosPi 18)

-- [2,-3,3,-4,-4,7,-4,1,2,-2,-3,-1,2,-2,6,1,-1]

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

diferenciasConsecutivos xs =

zipWith (-) xs (tail xs)

distribucionDDCpi :: Int -> [Int]

distribucionDDCpi =

distribucion . diferenciasConsecutivos . digitosPi

where distribucion xs =

elems (accumArray (+) 0 (-9,9) (zip xs (repeat 1)))

graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()

graficas ns f =

plotLists [Key Nothing, PNG f]

[puntos n | n <- ns]

where puntos :: Int -> [(Int,Int)]

puntos n = zip [-9..9] (distribucionDDCpi n)

Cálculo de pi mediante la serie de Nilakantha

PorJosé A. Alonso 1-marzo-201726-marzo-2022

Una serie infinita para el cálculo de pi, publicada por Nilakantha en el siglo XV, es

Definir las funciones

   aproximacionPi :: Int -> Double
   tabla          :: FilePath -> [Int] -> IO ()

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

tales que

(aproximacionPi n) es la n-ésima aproximación de pi obtenido sumando los n primeros términos de la serie de Nilakantha. Por ejemplo,

     aproximacionPi 0        ==  3.0
     aproximacionPi 1        ==  3.1666666666666665
     aproximacionPi 2        ==  3.1333333333333333
     aproximacionPi 3        ==  3.145238095238095
     aproximacionPi 4        ==  3.1396825396825396
     aproximacionPi 5        ==  3.1427128427128426
     aproximacionPi 10       ==  3.1414067184965018
     aproximacionPi 100      ==  3.1415924109719824
     aproximacionPi 1000     ==  3.141592653340544
     aproximacionPi 10000    ==  3.141592653589538
     aproximacionPi 100000   ==  3.1415926535897865
     aproximacionPi 1000000  ==  3.141592653589787
     pi                      ==  3.141592653589793

aproximacionPi 0 == 3.0

aproximacionPi 1 == 3.1666666666666665

aproximacionPi 2 == 3.1333333333333333

aproximacionPi 3 == 3.145238095238095

aproximacionPi 4 == 3.1396825396825396

aproximacionPi 5 == 3.1427128427128426

aproximacionPi 10 == 3.1414067184965018

aproximacionPi 100 == 3.1415924109719824

aproximacionPi 1000 == 3.141592653340544

aproximacionPi 10000 == 3.141592653589538

aproximacionPi 100000 == 3.1415926535897865

aproximacionPi 1000000 == 3.141592653589787

pi == 3.141592653589793

(tabla f ns) escribe en el fichero f las n-ésimas aproximaciones de pi, donde n toma los valores de la lista ns, junto con sus errores. Por ejemplo, al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|   10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |
|   20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |
|   30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |
|   40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |
|   50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |
|   60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |
|   70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |
|   80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |
|   90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |
|  100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |
+------+----------------+----------------+

+------+----------------+----------------+

| n | Aproximación | Error |

+------+----------------+----------------+

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |

| 20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |

| 30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |

| 40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |

| 50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |

| 60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |

| 70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |

| 80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |

| 90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |

| 100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |

+------+----------------+----------------+

y al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|  500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |
| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |
| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |
| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |
| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |
| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |
| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |
| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |
| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |
| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |
+------+----------------+----------------+

+------+----------------+----------------+

| n | Aproximación | Error |

+------+----------------+----------------+

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |

| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |

| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |

| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |

| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |

| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |

| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |

| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |

| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |

| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |

+------+----------------+----------------+

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Manuel Herrera.

Referencias

The discovery of the series formula for π by Leibniz, Gregory and Nilakantha por Ranjan Roy.

Soluciones

import Text.Printf

-- 1ª definición
-- =============

aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]
serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]
terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores
  where numeradores   = 3 : cycle [4,-4]
        denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()
tabla f ns = do
  writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String
tablaAux ns =
     linea
  ++ cabecera
  ++ linea
  ++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e
            | n <- ns
            , let a = aproximacionPi n
            , let e = abs (pi - a)]
  ++ linea

linea :: String
linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String
cabecera = "| n    | Aproximación   | Error          |\n"

import Text.Printf

-- 1ª definición

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

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]

serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]

terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores

where numeradores = 3 : cycle [4,-4]

denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tabla f ns = do

writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String

tablaAux ns =

linea

++ cabecera

++ linea

++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e

| n <- ns

, let a = aproximacionPi n

, let e = abs (pi - a)]

++ linea

linea :: String

linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String

cabecera = "| n | Aproximación | Error |\n"

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]]

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

La sucesión «Mira y di»

PorJosé A. Alonso 24-enero-201731-enero-2017

La sucesión «Mira y di» (en inglés, Look-and-Say) es una sucesión de números naturales en donde cada término se obtiene agrupando las cifras iguales del anterior y recitándolas. Por ejemplo, si x(0) = 1 se lee como «un uno» y por tanto x(1) = 11. Análogamente,

   x(1) = 11     ("dos unos                          --> "21")
   x(2) = 21     ("un dos un uno                     --> "1211")
   x(3) = 1211   ("un uno un dos dos unos            --> "111221")
   x(4) = 111221 ("tres unos dos doses un uno        --> "312211")
   x(5) = 312211 ("un tres un uno dos doses dos unos --> "13112221")

x(1) = 11 ("dos unos --> "21")

x(2) = 21 ("un dos un uno --> "1211")

x(3) = 1211 ("un uno un dos dos unos --> "111221")

x(4) = 111221 ("tres unos dos doses un uno --> "312211")

x(5) = 312211 ("un tres un uno dos doses dos unos --> "13112221")

Definir la función

  sucMiraYDi :: Integer -> [Integer]

1	sucMiraYDi :: Integer -> [Integer]

tal que (sucMiraYDi n) es la sucesión «Mira y di» cuyo primer término es n. Por ejemplo,

   λ> take 9 (sucMiraYdi 1)
   [1,11,21,1211,111221,312211,13112221,1113213211,31131211131221]
   λ> take 5 (sucMiraYdi 2017)
   [2017,12101117,111211103117,31123110132117,1321121321101113122117]
   λ> take 7 (sucMiraYDi 22)
   [22,22,22,22,22,22,22]
   λ> (sucMiraYDi 1) !! 11
   3113112221232112111312211312113211
   λ> (sucMiraYDi 1) !! 12
   1321132132111213122112311311222113111221131221

λ> take 9 (sucMiraYdi 1)

[1,11,21,1211,111221,312211,13112221,1113213211,31131211131221]

λ> take 5 (sucMiraYdi 2017)

[2017,12101117,111211103117,31123110132117,1321121321101113122117]

λ> take 7 (sucMiraYDi 22)

[22,22,22,22,22,22,22]

λ> (sucMiraYDi 1) !! 11

3113112221232112111312211312113211

λ> (sucMiraYDi 1) !! 12

1321132132111213122112311311222113111221131221

Independientemente del término inicial x(0) elegido (con la única salvedad del 22), la sucesión diverge y la razón entre el número de cifras de x(n) y el de x(n-1) tiende a un valor fijo que es la constante de Conway λ ≈ 1.303577269. Por ejemplo, para x(0) = 1, las razones son

   2, 1, 2, 1.5, 1, 1.3333333333333333, 1.25, 1.4, 1.4285714285714286, 1.3

1	2, 1, 2, 1.5, 1, 1.3333333333333333, 1.25, 1.4, 1.4285714285714286, 1.3

Definir la función

   aproximacionConway :: Integer -> Double -> Int

1	aproximacionConway :: Integer -> Double -> Int

tal que (aproximacionConway n e) es el menor k tal que la diferencia entre la constante de Conway y la razón entre el número de cifras de x(k) x(k-1) es, en valor absoluto, menor que e. Por ejemplo,

   aproximacionConway 1 0.3     ==  3
   aproximacionConway 1 0.1     ==  5
   aproximacionConway 1 0.01    ==  9
   aproximacionConway 1 0.001   ==  24
   aproximacionConway 1 0.0001  ==  43
   aproximacionConway 2 0.0001  ==  47

aproximacionConway 1 0.3 == 3

aproximacionConway 1 0.1 == 5

aproximacionConway 1 0.01 == 9

aproximacionConway 1 0.001 == 24

aproximacionConway 1 0.0001 == 43

aproximacionConway 2 0.0001 == 47

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Elías Guisado.

Soluciones

import Data.List (genericLength, group)

-- 1ª solución
-- ===========

sucMiraYdi :: Integer -> [Integer]
sucMiraYdi = iterate di

-- (di x) es el número correspondiente a la lectura de x. Por ejemplo.
--    di 1       ==  11
--    di 11      ==  21
--    di 21      ==  1211
--    di 1211    ==  111221
--    di 111221  ==  312211
--    di 312211  ==  13112221
di :: Integer -> Integer
di = read . concatMap aux . group . show
  where aux s = show (length s) ++ [head s]

-- 2ª solución
-- ===========

sucMiraYdi2 :: Integer -> [Integer]
sucMiraYdi2 = iterate (read . concatMap aux . group . show)
  where aux s = show (length s) ++ [head s]

-- Constante de Conway
-- ===================

aproximacionConway :: Integer -> Double -> Int
aproximacionConway n e =
  length (takeWhile aux (razonesMiraYdi n))
  where aux x = abs (x - constanteConway) > e 

constanteConway :: Double
constanteConway = 1.303577269

-- (razonesMiraYdi n) es la sucesión de las razones entre de cada
-- elemento de la sucesión "Mira y di" con elemento inicial n y su
-- anterior. Por ejemplo,
--    λ> take 10 (razonesMiraYdi 1)
--    [2.0,1.0,2.0,1.5,1.0,1.3333333333333333,1.25,1.4,1.4285714285714286,1.3]
--    λ> take 7 (razonesMiraYdi 10)
--    [2.0,1.0,1.5,1.6666666666666667,1.2,1.1666666666666667,1.5714285714285714]
razonesMiraYdi :: Integer -> [Double]
razonesMiraYdi n =
  zipWith (/) (tail xs) xs
  where xs = map (genericLength . show) (sucMiraYdi n)

import Data.List (genericLength, group)

-- 1ª solución

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

sucMiraYdi :: Integer -> [Integer]

sucMiraYdi = iterate di

-- (di x) es el número correspondiente a la lectura de x. Por ejemplo.

-- di 1 == 11

-- di 11 == 21

-- di 21 == 1211

-- di 1211 == 111221

-- di 111221 == 312211

-- di 312211 == 13112221

di :: Integer -> Integer

di = read . concatMap aux . group . show

where aux s = show (length s) ++ [head s]

-- 2ª solución

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

sucMiraYdi2 :: Integer -> [Integer]

sucMiraYdi2 = iterate (read . concatMap aux . group . show)

where aux s = show (length s) ++ [head s]

-- Constante de Conway

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

aproximacionConway :: Integer -> Double -> Int

aproximacionConway n e =

length (takeWhile aux (razonesMiraYdi n))

where aux x = abs (x - constanteConway) > e

constanteConway :: Double

constanteConway = 1.303577269

-- (razonesMiraYdi n) es la sucesión de las razones entre de cada

-- elemento de la sucesión "Mira y di" con elemento inicial n y su

-- anterior. Por ejemplo,

-- λ> take 10 (razonesMiraYdi 1)

-- [2.0,1.0,2.0,1.5,1.0,1.3333333333333333,1.25,1.4,1.4285714285714286,1.3]

-- λ> take 7 (razonesMiraYdi 10)

-- [2.0,1.0,1.5,1.6666666666666667,1.2,1.1666666666666667,1.5714285714285714]

razonesMiraYdi :: Integer -> [Double]

razonesMiraYdi n =

zipWith (/) (tail xs) xs

where xs = map (genericLength . show) (sucMiraYdi n)

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)

Números de Perrin

PorJosé A. Alonso 29-diciembre-201625-abril-2021

Los números de Perrin se definen por la relación de recurrencia

   P(n) = P(n - 2) + P(n - 3) si n > 2,

1	P(n) = P(n - 2) + P(n - 3) si n > 2,

con los valores iniciales

   P(0) = 3, P(1) = 0 y P(2) = 2.

1	P(0) = 3, P(1) = 0 y P(2) = 2.

Definir la sucesión

   sucPerrin :: [Integer]

1	sucPerrin :: [Integer]

cuyos elementos son los números de Perrin. Por ejemplo,

   λ> take 15 sucPerrin
   [3,0,2,3,2,5,5,7,10,12,17,22,29,39,51]
   λ> length (show (sucPerrin !! (2*10^5)))
   24425

λ> take 15 sucPerrin

[3,0,2,3,2,5,5,7,10,12,17,22,29,39,51]

λ> length (show (sucPerrin !! (2*10^5)))

24425

Comprobar con QuickCheck si se verifica la siguiente propiedad: para todo entero n > 1, el n-ésimo término de la sucesión de Perrin es divisible por n si y sólo si n es primo.

Soluciones

import Data.List (genericIndex, unfoldr)
import Data.Numbers.Primes (isPrime)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
sucPerrin1 :: [Integer]
sucPerrin1 = 3 : 0 : 2 : zipWith (+) sucPerrin1 (tail sucPerrin1)

-- 2ª definición
sucPerrin2 :: [Integer]
sucPerrin2 = [x | (x,_,_) <- iterate op (3,0,2)]
  where op (a,b,c) = (b,c,a+b)
 
-- 3ª definición
sucPerrin3 :: [Integer]
sucPerrin3 =
  unfoldr (\(a, (b,c)) -> Just (a, (b,(c,a+b)))) (3,(0,2))

-- Comparación de eficiencia
--    λ> length (show (sucPerrin1 !! (10^5)))
--    12213
--    (1.44 secs, 295,373,680 bytes)
--    λ> length (show (sucPerrin2 !! (10^5)))
--    12213
--    (1.22 secs, 301,493,408 bytes)
--    λ> length (show (sucPerrin3 !! (10^5)))
--    12213
--    (0.86 secs, 296,911,304 bytes)

-- Usaremos la 3ª
sucPerrin :: [Integer]
sucPerrin = sucPerrin3

-- La propiedad es  
conjeturaPerrin :: Integer -> Property
conjeturaPerrin n =
  n > 1 ==>
  (perrin n `mod` n == 0) == isPrime n

-- (perrin n) es el n-ésimo término de la sucesión de Perrin. Por
-- ejemplo,
--    perrin 4  ==  2
--    perrin 5  ==  5
--    perrin 6  ==  5
perrin :: Integer -> Integer
perrin n = sucPerrin `genericIndex` n

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

import Data.List (genericIndex, unfoldr)

import Data.Numbers.Primes (isPrime)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

sucPerrin1 :: [Integer]

sucPerrin1 = 3 : 0 : 2 : zipWith (+) sucPerrin1 (tail sucPerrin1)

-- 2ª definición

sucPerrin2 :: [Integer]

sucPerrin2 = [x | (x,_,_) <- iterate op (3,0,2)]

where op (a,b,c) = (b,c,a+b)

-- 3ª definición

sucPerrin3 :: [Integer]

sucPerrin3 =

unfoldr (\(a, (b,c)) -> Just (a, (b,(c,a+b)))) (3,(0,2))

-- Comparación de eficiencia

-- λ> length (show (sucPerrin1 !! (10^5)))

-- 12213

-- (1.44 secs, 295,373,680 bytes)

-- λ> length (show (sucPerrin2 !! (10^5)))

-- 12213

-- (1.22 secs, 301,493,408 bytes)

-- λ> length (show (sucPerrin3 !! (10^5)))

-- 12213

-- (0.86 secs, 296,911,304 bytes)

-- Usaremos la 3ª

sucPerrin :: [Integer]

sucPerrin = sucPerrin3

-- La propiedad es

conjeturaPerrin :: Integer -> Property

conjeturaPerrin n =

n > 1 ==>

(perrin n `mod` n == 0) == isPrime n

-- (perrin n) es el n-ésimo término de la sucesión de Perrin. Por

-- ejemplo,

-- perrin 4 == 2

-- perrin 5 == 5

-- perrin 6 == 5

perrin :: Integer -> Integer

perrin n = sucPerrin `genericIndex` n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck conjeturaPerrin

-- +++ OK, passed 100 tests.

Nota: Aunque QuickCheck no haya encontrado contraejemplos, la propiedad no es cierta. Sólo lo es una de las implicaciones: si n es primo, entonces el n-ésimo término de la sucesión de Perrin es divisible por n. La otra es falsa y los primeros contraejemplos son

   271441, 904631, 16532714, 24658561, 27422714, 27664033, 46672291

1	271441, 904631, 16532714, 24658561, 27422714, 27664033, 46672291

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.

Listas alternadas

PorJosé A. Alonso 2-diciembre-20169-diciembre-2016

Una lista de números enteros se llama alternada si sus elementos son alternativamente par/impar o impar/par.

Definir la función

   alternada :: [Int] -> Bool

1	alternada :: [Int] -> Bool

tal que (alternada xs) se verifica si xs es una lista alternada. Por ejemplo,

   alternada [1,2,3]     == True
   alternada [1,4,6,5]   == False
   alternada [1,4,3,5]   == False
   alternada [8,1,2,3,4] == True
   alternada [8,1,2,3]   == True
   alternada [8]         == True
   alternada [7]         == True

alternada [1,2,3] == True

alternada [1,4,6,5] == False

alternada [1,4,3,5] == False

alternada [8,1,2,3,4] == True

alternada [8,1,2,3] == True

alternada [8] == True

alternada [7] == True

Soluciones

-- 1ª solución:
alternada1 :: [Int] -> Bool
alternada1 (x:y:xs)
  | even x    = odd y  && alternada1 (y:xs)
  | otherwise = even y && alternada1 (y:xs)
alternada1 _ = True

-- 2ª solución
alternada2 :: [Int] -> Bool
alternada2 xs = all odd (zipWith (+) xs (tail xs))

-- 1ª solución:

alternada1 :: [Int] -> Bool

alternada1 (x:y:xs)

| even x = odd y && alternada1 (y:xs)

| otherwise = even y && alternada1 (y:xs)

alternada1 _ = True

-- 2ª solución

alternada2 :: [Int] -> Bool

alternada2 xs = all odd (zipWith (+) xs (tail xs))

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.

Máximo producto en la partición de un número

PorJosé A. Alonso 16-noviembre-201623-noviembre-2016

El artículo de esta semana de Antonio Roldán en su blog Números y hoja de cálculo es Máximo producto en la partición de un número (1)

Una partición de un entero positivo n es una forma de descomponer n como suma de enteros positivos. Dos sumas se considerarán iguales si solo difieren en el orden de los sumandos. Por ejemplo, las 11 particiones de 6 (con sus correspondientes productos) son

   6 = 6                      |  6                     = 6
   6 = 5 + 1                  |  5 x 1                 = 5
   6 = 4 + 2                  |  4 x 2                 = 8
   6 = 4 + 1 + 1              |  4 x 1 x 1             = 4
   6 = 3 + 3                  |  3 x 3                 = 9
   6 = 3 + 2 + 1              |  3 x 2 x 1             = 6
   6 = 3 + 1 + 1 + 1          |  3 x 1 x 1 x 1         = 3
   6 = 2 + 2 + 2              |  2 x 2 x 2             = 8
   6 = 2 + 2 + 1 + 1          |  2 x 2 x 1 x 1         = 4
   6 = 2 + 1 + 1 + 1 + 1      |  2 x 1 x 1 x 1 x 1     = 2
   6 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1  |  1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 = 1

6 = 6 | 6 = 6

6 = 5 + 1 | 5 x 1 = 5

6 = 4 + 2 | 4 x 2 = 8

6 = 4 + 1 + 1 | 4 x 1 x 1 = 4

6 = 3 + 3 | 3 x 3 = 9

6 = 3 + 2 + 1 | 3 x 2 x 1 = 6

6 = 3 + 1 + 1 + 1 | 3 x 1 x 1 x 1 = 3

6 = 2 + 2 + 2 | 2 x 2 x 2 = 8

6 = 2 + 2 + 1 + 1 | 2 x 2 x 1 x 1 = 4

6 = 2 + 1 + 1 + 1 + 1 | 2 x 1 x 1 x 1 x 1 = 2

6 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 | 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 = 1

Se observa que el máximo producto de las particiones de 6 es 9.

Definir la función

   maximoProductoParticiones :: Int -> Int

1	maximoProductoParticiones :: Int -> Int

tal que (maximoProductoParticiones n) es el máximo de los productos de las particiones de n. Por ejemplo,

   maximoProductoParticiones 4     ==  4
   maximoProductoParticiones 5     ==  6
   maximoProductoParticiones 6     ==  9
   maximoProductoParticiones 7     ==  12
   maximoProductoParticiones 8     ==  18
   maximoProductoParticiones 9     ==  27
   maximoProductoParticiones 50    ==  86093442
   maximoProductoParticiones 100   ==  7412080755407364
   maximoProductoParticiones 200   ==  61806308765265224723841283607058
   length (show (maximoProductoParticiones (10^7)))  ==  1590405

maximoProductoParticiones 4 == 4

maximoProductoParticiones 5 == 6

maximoProductoParticiones 6 == 9

maximoProductoParticiones 7 == 12

maximoProductoParticiones 8 == 18

maximoProductoParticiones 9 == 27

maximoProductoParticiones 50 == 86093442

maximoProductoParticiones 100 == 7412080755407364

maximoProductoParticiones 200 == 61806308765265224723841283607058

length (show (maximoProductoParticiones (10^7))) == 1590405

Comprobar con QuickChek que los únicos posibles factores de (maximoProductoParticiones n) son 2 y 3.

Soluciones

import Data.List (genericIndex, sort)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

maximoProductoParticiones1 :: Integer -> Integer
maximoProductoParticiones1 n =
  maximum [product xs | xs <- particiones1 n]

-- (particiones1 n) es la lista de las particiones de n. Por ejemplo,  
--    λ> particiones1 4
--    [[4],[3,1],[2,2],[2,1,1],[1,1,1,1]]
--    λ> particiones1 5
--    [[5],[4,1],[3,2],[3,1,1],[2,2,1],[2,1,1,1],[1,1,1,1,1]]
particiones1 :: Integer -> [[Integer]]
particiones1 0 = [[]]
particiones1 n = [x:y | x <- [n,n-1..1]
                      , y <- particiones1 (n-x) 
                      , [x] >= take 1 y]
 
-- 2ª definición
-- =============

maximoProductoParticiones2 :: Integer -> Integer
maximoProductoParticiones2 n =
  maximum [product xs | xs <- particiones2 n]

-- (particiones2 n) es la lista de las particiones de n. Por ejemplo,  
--    λ> particiones2 4
--    [[4],[3,1],[2,2],[2,1,1],[1,1,1,1]]
--    λ> particiones2 5
--    [[5],[4,1],[3,2],[3,1,1],[2,2,1],[2,1,1,1],[1,1,1,1,1]]
particiones2 :: Integer -> [[Integer]]
particiones2 n = aux `genericIndex` n
  where aux = [] : map particiones [1..]
          where particiones n = [n] : [x:p | x <- [n,n-1..1]
                                           , p <- aux `genericIndex` (n-x) 
                                           , x >= head p]

-- 3ª definición
-- =============

maximoProductoParticiones3 :: Integer -> Integer
maximoProductoParticiones3 0 = 1
maximoProductoParticiones3 n =
  maximum [(n-i) * maximoProductoParticiones3 i | i <- [0..n-1]]

-- 4ª definición
-- =============

maximoProductoParticiones4 :: Integer -> Integer
maximoProductoParticiones4 n =
  maximosProductosParticiones `genericIndex` n

maximosProductosParticiones :: [Integer]
maximosProductosParticiones = 1 : f [1]
  where f xs = y : f (y:xs)
          where y = maximum (zipWith (*) [1..] xs)

-- 5ª definición
-- =============

maximoProductoParticiones5 :: Integer -> Integer
maximoProductoParticiones5 1 = 1
maximoProductoParticiones5 n
  | r == 0 = 3^q
  | r == 1 = 4 * 3^(q-1)
  | r == 2 = 2 * 3 ^q
  where (q,r) = quotRem n 3
        
-- Comparación de eficiencia                                        
-- =========================

-- La comparación es
--    λ> maximoProductoParticiones1 20
--    1458
--    (5.42 secs, 832,283,184 bytes)
--    λ> maximoProductoParticiones2 20
--    1458
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    λ> maximoProductoParticiones3 20
--    1458
--    (3.18 secs, 524,500,000 bytes)
--    λ> maximoProductoParticiones4 20
--    1458
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> maximoProductoParticiones2 50
--    86093442
--    (9.18 secs, 980,524,320 bytes)
--    λ> maximoProductoParticiones4 50
--    86093442
--    (0.01 secs, 1,381,192 bytes)
--    λ> maximoProductoParticiones5 50
--    86093442
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> length (show (maximoProductoParticiones4 2000))
--    319
--    (2.93 secs, 638,270,872 bytes)
--    λ> length (show (maximoProductoParticiones5 2000))
--    319
--    (0.01 secs, 0 bytes)

-- Comprobación
-- ============

-- La propiedad es
prop_factores :: Integer -> Property
prop_factores n =
  n > 0 ==> primeFactors (maximoProductoParticiones5 n) `contenido` [2,3]

contenido :: Eq a => [a] -> [a] -> Bool
contenido xs ys = all (`elem` ys) xs

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

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

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115

116

117

118

119

120

import Data.List (genericIndex, sort)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

maximoProductoParticiones1 :: Integer -> Integer

maximoProductoParticiones1 n =

maximum [product xs | xs <- particiones1 n]

-- (particiones1 n) es la lista de las particiones de n. Por ejemplo,

-- λ> particiones1 4

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

-- λ> particiones1 5

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

particiones1 :: Integer -> [[Integer]]

particiones1 0 = [[]]

particiones1 n = [x:y | x <- [n,n-1..1]

, y <- particiones1 (n-x)

, [x] >= take 1 y]

-- 2ª definición

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

maximoProductoParticiones2 :: Integer -> Integer

maximoProductoParticiones2 n =

maximum [product xs | xs <- particiones2 n]

-- (particiones2 n) es la lista de las particiones de n. Por ejemplo,

-- λ> particiones2 4

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

-- λ> particiones2 5

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

particiones2 :: Integer -> [[Integer]]

particiones2 n = aux `genericIndex` n

where aux = [] : map particiones [1..]

where particiones n = [n] : [x:p | x <- [n,n-1..1]

, p <- aux `genericIndex` (n-x)

, x >= head p]

-- 3ª definición

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

maximoProductoParticiones3 :: Integer -> Integer

maximoProductoParticiones3 0 = 1

maximoProductoParticiones3 n =

maximum [(n-i) * maximoProductoParticiones3 i | i <- [0..n-1]]

-- 4ª definición

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

maximoProductoParticiones4 :: Integer -> Integer

maximoProductoParticiones4 n =

maximosProductosParticiones `genericIndex` n

maximosProductosParticiones :: [Integer]

maximosProductosParticiones = 1 : f [1]

where f xs = y : f (y:xs)

where y = maximum (zipWith (*) [1..] xs)

-- 5ª definición

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

maximoProductoParticiones5 :: Integer -> Integer

maximoProductoParticiones5 1 = 1

maximoProductoParticiones5 n

| r == 0 = 3^q

| r == 1 = 4 * 3^(q-1)

| r == 2 = 2 * 3 ^q

where (q,r) = quotRem n 3

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> maximoProductoParticiones1 20

-- 1458

-- (5.42 secs, 832,283,184 bytes)

-- λ> maximoProductoParticiones2 20

-- 1458

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> maximoProductoParticiones3 20

-- 1458

-- (3.18 secs, 524,500,000 bytes)

-- λ> maximoProductoParticiones4 20

-- 1458

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> maximoProductoParticiones2 50

-- 86093442

-- (9.18 secs, 980,524,320 bytes)

-- λ> maximoProductoParticiones4 50

-- 86093442

-- (0.01 secs, 1,381,192 bytes)

-- λ> maximoProductoParticiones5 50

-- 86093442

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> length (show (maximoProductoParticiones4 2000))

-- 319

-- (2.93 secs, 638,270,872 bytes)

-- λ> length (show (maximoProductoParticiones5 2000))

-- 319

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- Comprobación

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

-- La propiedad es

prop_factores :: Integer -> Property

prop_factores n =

n > 0 ==> primeFactors (maximoProductoParticiones5 n) `contenido` [2,3]

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

contenido xs ys = all (`elem` ys) xs

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_factores

-- +++ OK, passed 100 tests.

Referencia

Máximo producto en la partición de un número (1) de Antonio Roldán en el blog Números y hoja de cálculo.
Sucesión A000792 de la OEIS.

Problema de las puertas

PorJosé A. Alonso 13-mayo-201625-abril-2021

Un hotel dispone de n habitaciones y n camareros. Los camareros tienen la costumbre de cambiar de estado las puestas (es decir, abrir las cerradas y cerrar las abiertas). El proceso es el siguiente:

Inicialmente todas las puertas están cerradas.
El primer camarero cambia de estado las puertas de todas las habitaciones.
El segundo cambia de estado de las puertas de las habitaciones pares.
El tercero cambia de estado todas las puertas que son múltiplos de 3.
El cuarto cambia de estado todas las puertas que son múltiplos de 4
Así, hasta que ha pasado el último camarero.

Por ejemplo, para n = 5

   Pase    | Puerta 1 | Puerta 2 | Puerta 3 | Puerta 4 | Puerta 5
   --------+----------+----------+----------+----------+----------
   Inicial | Cerrada  | Cerrada  | Cerrada  | Cerrada  | Cerrada
   Pase 1  | Abierta  | Abierta  | Abierta  | Abierta  | Abierta
   Pase 2  | Abierta  | Cerrada  | Abierta  | Cerrada  | Abierta
   Pase 3  | Abierta  | Cerrada  | Cerrada  | Cerrada  | Abierta
   Pase 4  | Abierta  | Cerrada  | Cerrada  | Abierta  | Abierta
   Pase 5  | Abierta  | Cerrada  | Cerrada  | Abierta  | Cerrada

--------+----------+----------+----------+----------+----------

Los estados de las puertas se representan por el siguiente tipo de datos

   data Estado = Abierta | Cerrada 
                 deriving (Eq, Show)

1 2	data Estado = Abierta \| Cerrada deriving (Eq, Show)

Definir la función

   final :: Int -> [Estado]

1	final :: Int -> [Estado]

tal que (final n) es la lista de los estados de las n puertas después
de que hayan pasado los n camareros. Por
ejemplo,

   ghci> final 5
   [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada]
   ghci> final 7
   [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada,Cerrada,Cerrada]

ghci> final 5

[Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada]

ghci> final 7

[Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada,Cerrada,Cerrada]

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========

data Estado = Abierta | Cerrada 
              deriving (Eq, Show)
 
cambia Abierta = Cerrada
cambia Cerrada = Abierta

-- (inicial n) es el estado inicial para el problema de las n
-- habitaciones. Por ejemplo,
--    inicial 5  ==  [Cerrada,Cerrada,Cerrada,Cerrada,Cerrada]
inicial :: Int -> [Estado]
inicial n = replicate n Cerrada

-- (pase k es) es la lista de los estados de las puertas después de pasar el
-- camarero k que las encuentra en los estados es. Por ejemplo,
--    ghci> pase 1 (inicial 5)
--    [Abierta,Abierta,Abierta,Abierta,Abierta]
--    ghci> pase 2 it
--    [Abierta,Cerrada,Abierta,Cerrada,Abierta]
--    ghci> pase 3 it
--    [Abierta,Cerrada,Cerrada,Cerrada,Abierta]
--    ghci> pase 4 it
--    [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Abierta]
--    ghci> pase 5 it
--    [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada]
pase :: [Estado] -> Int -> [Estado] 
pase es k = zipWith cambiaK  es[1..] 
  where cambiaK e n | n `mod` k == 0 = cambia e
                    | otherwise      = e
               
final :: Int -> [Estado]
final n = aux [1..n] (inicial n) 
    where aux []     es = es  
          aux (k:ks) es = aux ks (pase es k)

-- 2ª solución (con foldl')
-- ========================

final2 :: Int -> [Estado]
final2 n = foldl pase (inicial n) [1..n] 

-- 3ª definición (basada en los cambios de cada posición)
-- ======================================================

final3 :: Int -> [Estado]
final3 n = map f [1..n]
    where f x | even (length (divisores x)) = Cerrada
              | otherwise                   = Abierta

divisores :: Int -> [Int]
divisores n = [x| x <- [1..n], n `mod` x == 0]

-- 4ª definición (basada en posiciones de abiertas)
-- ================================================

-- En primer lugar, vamos a determinar la lista de las posiciones
-- (comenzando a contar en 1) de las puertas que quedan abierta en el
-- problema de las n puertas. 
posicionesAbiertas :: Int -> [Int]
posicionesAbiertas n = 
    [x | (x,y) <- zip [1..] (final n), y == Abierta]

-- Al calcularlas,
--    ghci> posicionesAbiertas 200
--    [1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,121,144,169,196]
-- Se observa las que quedan abiertas son las que sus posiciones son
-- cuadrados perfectos. Usando esta observación se construye la
-- siguiente definición

final4 :: Int -> [Estado]
final4 n = aux [1..n] [k*k | k <- [1..]] 
    where aux (x:xs) (y:ys) | x == y  =  Abierta : aux xs ys
          aux (x:xs) ys               =  Cerrada : aux xs ys
          aux []     _                =  []

-- 1ª solución

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

data Estado = Abierta | Cerrada

deriving (Eq, Show)

cambia Abierta = Cerrada

cambia Cerrada = Abierta

-- (inicial n) es el estado inicial para el problema de las n

-- habitaciones. Por ejemplo,

-- inicial 5 == [Cerrada,Cerrada,Cerrada,Cerrada,Cerrada]

inicial :: Int -> [Estado]

inicial n = replicate n Cerrada

-- (pase k es) es la lista de los estados de las puertas después de pasar el

-- camarero k que las encuentra en los estados es. Por ejemplo,

-- ghci> pase 1 (inicial 5)

-- [Abierta,Abierta,Abierta,Abierta,Abierta]

-- ghci> pase 2 it

-- [Abierta,Cerrada,Abierta,Cerrada,Abierta]

-- ghci> pase 3 it

-- [Abierta,Cerrada,Cerrada,Cerrada,Abierta]

-- ghci> pase 4 it

-- [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Abierta]

-- ghci> pase 5 it

-- [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada]

pase :: [Estado] -> Int -> [Estado]

pase es k = zipWith cambiaK es[1..]

where cambiaK e n | n `mod` k == 0 = cambia e

| otherwise = e

final :: Int -> [Estado]

final n = aux [1..n] (inicial n)

where aux [] es = es

aux (k:ks) es = aux ks (pase es k)

-- 2ª solución (con foldl')

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

final2 :: Int -> [Estado]

final2 n = foldl pase (inicial n) [1..n]

-- 3ª definición (basada en los cambios de cada posición)

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

final3 :: Int -> [Estado]

final3 n = map f [1..n]

where f x | even (length (divisores x)) = Cerrada

| otherwise = Abierta

divisores :: Int -> [Int]

divisores n = [x| x <- [1..n], n `mod` x == 0]

-- 4ª definición (basada en posiciones de abiertas)

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

-- En primer lugar, vamos a determinar la lista de las posiciones

-- (comenzando a contar en 1) de las puertas que quedan abierta en el

-- problema de las n puertas.

posicionesAbiertas :: Int -> [Int]

posicionesAbiertas n =

[x | (x,y) <- zip [1..] (final n), y == Abierta]

-- Al calcularlas,

-- ghci> posicionesAbiertas 200

-- [1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,121,144,169,196]

-- Se observa las que quedan abiertas son las que sus posiciones son

-- cuadrados perfectos. Usando esta observación se construye la

-- siguiente definición

final4 :: Int -> [Estado]

final4 n = aux [1..n] [k*k | k <- [1..]]

where aux (x:xs) (y:ys) | x == y = Abierta : aux xs ys

aux (x:xs) ys = Cerrada : aux xs ys

aux [] _ = []

Operaciones con series de potencias

PorJosé A. Alonso 29-abril-201625-marzo-2022

Una serie de potencias es una serie de la forma

   a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

1	a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

Las series de potencias se pueden representar mediante listas
infinitas. Por ejemplo, la serie de la función exponencial es

   e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

1	e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

y se puede representar por [1, 1, 1/2, 1/6, 1/24, 1/120, …]

Las operaciones con series se pueden ver como una generalización de las de los polinomios.

En lo que sigue, usaremos el tipo (Serie a) para representar las series de potencias con coeficientes en a y su definición es

   type Serie a = [a]

1	type Serie a = [a]

Definir las siguientes funciones

   opuesta      :: Num a => Serie a -> Serie a
   suma         :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   resta        :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   producto     :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   cociente     :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   derivada     :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   integral     :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   expx         :: Serie Rational

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

expx :: Serie Rational

tales que

(opuesta xs) es la opuesta de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (opuesta [-6,-4..])
     [6,4,2,0,-2,-4,-6]

1 2	λ> take 7 (opuesta [-6,-4..]) [6,4,2,0,-2,-4,-6]

(suma xs ys) es la suma de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..])
     [3,7,11,15,19,23,27]

1 2	λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..]) [3,7,11,15,19,23,27]

(resta xs ys) es la resta de las series xs es ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])
     [1,1,1,1,1,1,1]
     λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])
     [2,4,6,8,10,12,14]

λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])

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

λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])

[2,4,6,8,10,12,14]

(producto xs ys) es el producto de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..])
     [6,22,52,100,170,266,392]

1 2	λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..]) [6,22,52,100,170,266,392]

(cociente xs ys) es el cociente de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..])
     [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..]) [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

(derivada xs) es la derivada de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (derivada [2,4..])
     [4,12,24,40,60,84,112]

1 2	λ> take 7 (derivada [2,4..]) [4,12,24,40,60,84,112]

(integral xs) es la integral de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0))
     [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0)) [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

expx es la serie de la función exponencial. Por ejemplo,

     λ> take 8 expx
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (derivada expx)
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (integral expx)
     [0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 expx

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (derivada expx)

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (integral expx)

[0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

Soluciones

type Serie a = [a] 

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a
opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
producto (x:xs) zs@(y:ys) = 
    x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
cociente (x:xs) (y:ys) = zs 
    where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))  

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational
expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo, 
--    take 7 factoriales  ==  [1,1,2,6,24,120,720]
factoriales :: [Integer]
factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

type Serie a = [a]

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto (x:xs) zs@(y:ys) =

x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente (x:xs) (y:ys) = zs

where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational

expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo,

-- take 7 factoriales == [1,1,2,6,24,120,720]

factoriales :: [Integer]

factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

Números de Lucas

PorJosé A. Alonso 7-abril-201614-abril-2016

Los números de Lucas son los elementos de la sucesión L(n) definida por

   L(0) = 2
   L(1) = 1
   L(n) = L(n-1) + L(n-2), si n > 1.

L(0) = 2

L(1) = 1

L(n) = L(n-1) + L(n-2), si n > 1.

Los primeros números de Lucas son

   2, 1, 3, 4, 7, 11, 18, 29, 47, 76, 123, ...

1	2, 1, 3, 4, 7, 11, 18, 29, 47, 76, 123, ...

Definir las funciones

   nLucas :: Integer -> Integer 
   lucas  :: [Integer]

1 2	nLucas :: Integer -> Integer lucas :: [Integer]

tales que

(nLucas n) es el n-ésimo número de Lucas. Por ejemplo,

   nLucas 5                       ==  11
   nLucas 32                      ==  4870847
   length (show (nLucas (10^5)))  ==  20899

nLucas 5 == 11

nLucas 32 == 4870847

length (show (nLucas (10^5))) == 20899

lucas es la lista de los números de Lucas. Por ejemplo,

   take 11 lucas ==  [2,1,3,4,7,11,18,29,47,76,123]

1	take 11 lucas == [2,1,3,4,7,11,18,29,47,76,123]

Soluciones

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª definición
-- =============

nLucas1 :: Integer -> Integer
nLucas1 0 = 2
nLucas1 1 = 1
nLucas1 n = nLucas1 (n-1) + nLucas1 (n-2)

lucas1 :: [Integer]
lucas1 = [nLucas1 n | n <- [0..]]

-- 2ª definición
-- =============

lucas2 :: [Integer]
lucas2 = 2 : 1 : zipWith (+) lucas2 (tail lucas2)

nLucas2 :: Integer -> Integer
nLucas2 n = lucas2 `genericIndex` n

-- 3ª definición
-- =============

lucas3  :: [Integer]
lucas3 = 2 : scanl (+) 1 lucas3
 
nLucas3 :: Integer -> Integer
nLucas3 = genericIndex lucas3
            
-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> nLucas1 32
--    4870847
--    (3.22 secs, 1,467,677,208 bytes)
--    λ> nLucas2 32
--    4870847
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> nLucas3 32
--    4870847
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> length (show (nLucas2 230000))
--    48068
--    (1.57 secs, 2,415,008,392 bytes)
--    λ> length (show (nLucas3 230000))
--    48068
--    (2.08 secs, 2,411,107,352 bytes)

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª definición

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

nLucas1 :: Integer -> Integer

nLucas1 0 = 2

nLucas1 1 = 1

nLucas1 n = nLucas1 (n-1) + nLucas1 (n-2)

lucas1 :: [Integer]

lucas1 = [nLucas1 n | n <- [0..]]

-- 2ª definición

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

lucas2 :: [Integer]

lucas2 = 2 : 1 : zipWith (+) lucas2 (tail lucas2)

nLucas2 :: Integer -> Integer

nLucas2 n = lucas2 `genericIndex` n

-- 3ª definición

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

lucas3 :: [Integer]

lucas3 = 2 : scanl (+) 1 lucas3

nLucas3 :: Integer -> Integer

nLucas3 = genericIndex lucas3

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nLucas1 32

-- 4870847

-- (3.22 secs, 1,467,677,208 bytes)

-- λ> nLucas2 32

-- 4870847

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> nLucas3 32

-- 4870847

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> length (show (nLucas2 230000))

-- 48068

-- (1.57 secs, 2,415,008,392 bytes)

-- λ> length (show (nLucas3 230000))

-- 48068

-- (2.08 secs, 2,411,107,352 bytes)

Soluciones en Maxima

nLucas (n) := lucas (n)$

1	nLucas (n) := lucas (n)$

La evaluación de los ejemplos es

(%i5) nLucas (5);
(%o5) 11
(%i6) nLucas (32);
(%o6) 4870847

(%i5) nLucas (5);

(%o5) 11

(%i6) nLucas (32);

(%o6) 4870847

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

Diagonales de matrices como listas

PorJosé A. Alonso 16-febrero-201623-febrero-2016

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]

1	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

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)

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))$

diagonal (xss) := block ([A],

A : apply (matrix, xss),

[m,n] : matrix_size (A),

k : min (m,n),

makelist (A[i,i],i,k))$

Puntos en una región

PorJosé A. Alonso 5-enero-20161-mayo-2016

Definir la función

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

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

tal que (puntos n) es la lista de los puntos (x,y) con coordenadas enteras de
la cuadrícula [1..n]x[1..n] (es decir, 1 ≤ x,y ≤ n) tales que |x²-xy-y²| = 1. Por ejemplo,

   length (puntos 10)          ==  5
   length (puntos 100)         ==  10
   length (puntos 1000)        ==  15
   length (puntos (10^50000))  ==  239249

length (puntos 10) == 5

length (puntos 100) == 10

length (puntos 1000) == 15

length (puntos (10^50000)) == 239249

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

puntos1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
puntos1 n =
    [(x,y) | x <- [1..n],
             y <- [1..n],
             abs (x^2-x*y-y^2) == 1] 

-- 2ª definición
-- =============

-- Calculando algunos elementos
--    λ> puntos1 10
--    [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5)]
--    λ> puntos1 20
--    [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5),(13,8)]
--    λ> puntos1 100
--    [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5),(13,8),(21,13),(34,21),(55,34),(89,55)]
--    λ> puntos1 89
--    [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5),(13,8),(21,13),(34,21),(55,34),(89,55)]
-- se observa una ley de construcción de cada elemento a partir del anterior.

puntos2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
puntos2 n = takeWhile menor (iterate siguiente (1,1))
    where siguiente (x,y) = (x+y,x)
          menor (x,y)     = x <= n

-- 3ª definición
-- =============

-- Se observa que la lista de las segundas componentes
--    1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,...
-- y la lista de las primeras componentes es el resto de la segunda. 

puntos3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
puntos3 n = zip (tail xs) xs
    where xs = takeWhile (<=n) fibonacci

-- fibonacci es la sucesión de Fibonacci. Por ejemplo,
--    take 11 fibonacci  ==  [1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89]
fibonacci :: [Integer]
fibonacci = 1 : 1 : zipWith (+) fibonacci (tail fibonacci)

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

-- λ> length (puntos1 (10^3))
-- 15
-- (7.96 secs, 1,092,368,200 bytes)
-- λ> length (puntos2 (10^3))
-- 15
-- (0.02 secs, 0 bytes)
-- 
-- λ> length (puntos2 (10^30000))
-- 143549
-- (1.14 secs, 974,239,544 bytes)
-- λ> length (puntos3 (10^30000))
-- 143549
-- (3.28 secs, 967,206,560 bytes)

-- 1ª definición

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

puntos1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

puntos1 n =

[(x,y) | x <- [1..n],

y <- [1..n],

abs (x^2-x*y-y^2) == 1]

-- 2ª definición

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

-- Calculando algunos elementos

-- λ> puntos1 10

-- [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5)]

-- λ> puntos1 20

-- [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5),(13,8)]

-- λ> puntos1 100

-- [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5),(13,8),(21,13),(34,21),(55,34),(89,55)]

-- λ> puntos1 89

-- [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5),(13,8),(21,13),(34,21),(55,34),(89,55)]

-- se observa una ley de construcción de cada elemento a partir del anterior.

puntos2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

puntos2 n = takeWhile menor (iterate siguiente (1,1))

where siguiente (x,y) = (x+y,x)

menor (x,y) = x <= n

-- 3ª definición

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

-- Se observa que la lista de las segundas componentes

-- 1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,...

-- y la lista de las primeras componentes es el resto de la segunda.

puntos3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

puntos3 n = zip (tail xs) xs

where xs = takeWhile (<=n) fibonacci

-- fibonacci es la sucesión de Fibonacci. Por ejemplo,

-- take 11 fibonacci == [1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89]

fibonacci :: [Integer]

fibonacci = 1 : 1 : zipWith (+) fibonacci (tail fibonacci)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (puntos1 (10^3))

-- 15

-- (7.96 secs, 1,092,368,200 bytes)

-- λ> length (puntos2 (10^3))

-- 15

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> length (puntos2 (10^30000))

-- 143549

-- (1.14 secs, 974,239,544 bytes)

-- λ> length (puntos3 (10^30000))

-- 143549

-- (3.28 secs, 967,206,560 bytes)

Siembra de listas

PorJosé A. Alonso 23-diciembre-201525-marzo-2022

Definir la función

   siembra :: [Int] -> [Int]

1	siembra :: [Int] -> [Int]

tal que (siembra xs) es la lista ys obtenida al repartir cada elemento x de la lista xs poniendo un 1 en las x siguientes posiciones de la lista ys. Por ejemplo,

   siembra [4]      ==  [0,1,1,1,1] 
   siembra [0,2]    ==  [0,0,1,1]
   siembra [4,2]    ==  [0,1,2,2,1]

siembra [4] == [0,1,1,1,1]

siembra [0,2] == [0,0,1,1]

siembra [4,2] == [0,1,2,2,1]

El tercer ejemplo se obtiene sumando la siembra de 4 en la posición 0 (como el ejemplo 1) y el 2 en la posición 1 (como el ejemplo 2). Otros ejemplos son

   siembra [0,4,2]          ==  [0,0,1,2,2,1]
   siembra [3]              ==  [0,1,1,1]
   siembra [3,4,2]          ==  [0,1,2,3,2,1]
   siembra [3,2,1]          ==  [0,1,2,3]
   sum $ siembra [1..2500]  ==  3126250

siembra [0,4,2] == [0,0,1,2,2,1]

siembra [3] == [0,1,1,1]

siembra [3,4,2] == [0,1,2,3,2,1]

siembra [3,2,1] == [0,1,2,3]

sum $ siembra [1..2500] == 3126250

Comprobar con QuickCheck que la suma de los elementos de (siembra xs) es igual que la suma de los de xs.

Nota 1: Se supone que el argumento es una lista de números no negativos y que se puede ampliar tanto como sea necesario para repartir los elementos.

Nota 2: Este ejercicio es parte del examen del grupo 3 del 2 de diciembre.

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

siembra1 :: [Int] -> [Int]
siembra1 = suma . brotes

-- (brotes xs) es la lista de los brotes obtenido sembrando los
-- elementos de xs. Por ejemplo,
--    brotes [3,4,2]  ==  [[0,1,1,1],[0,0,1,1,1,1],[0,0,0,1,1]]
brotes :: [Int] -> [[Int]]
brotes xs = aux xs 1
    where aux (x:xs) n = (replicate n 0 ++ replicate x 1) : aux xs (n+1)
          aux _ _      = []

-- (suma xss) es la suma de los elementos de xss (suponiendo que al
-- final de cada elemento se continua con ceros). Por ejemplo,
--    suma [[0,1,1,1],[0,0,1,1,1,1],[0,0,0,1,1]]  ==  [0,1,2,3,2,1]
suma :: [[Int]] -> [Int]
suma = foldr1 aux
    where aux [] ys = ys
          aux xs [] = xs
          aux (x:xs) (y:ys) = (x+y) : aux xs ys

-- 2ª solución
-- ===========

siembra2 :: [Int] -> [Int]
siembra2 [] = []
siembra2 (x:xs) = mezcla (siembraElemento x) (0 : siembra2 xs)

siembraElemento :: Int -> [Int]
siembraElemento x = 0 : replicate x 1

mezcla :: [Int] -> [Int] -> [Int]
mezcla xs ys =
    take (max (length xs) (length ys))
         (zipWith (+) (xs ++ repeat 0) (ys ++ repeat 0))

-- 3ª solución
-- ===========

siembra3 :: [Int] -> [Int]
siembra3 [] = []
siembra3 xs = aux xs 0 (repeat 0) where
    aux []     _ ys = cosecha ys
    aux (x:xs) n ys = aux xs (n+1) (zipWith (+) brotes ys) 
        where brotes = replicate (n+1) 0 ++ replicate x 1 ++ repeat 0

-- (cosecha xs) es la lista formada por los ceros iniciales de xs y los
-- elementos siguientes hasta que vuelve a aparecer el 0. Por ejemplo,
--    cosecha [0,0,3,5,2,0,9]            ==  [0,0,3,5,2]
--    cosecha ([0,0,3,5,2] ++ repeat 0)  ==  [0,0,3,5,2]
cosecha :: [Int] -> [Int]              
cosecha xs = ys ++ takeWhile (>0) zs
    where (ys,zs) = span (==0) xs

-- 4ª solución
-- ===========

siembra4 :: [Int] -> [Int]
siembra4 [] = []
siembra4 xs = aux xs [] (repeat 0) where
    aux []     ys zs     = reverse ys ++ takeWhile (>0) zs
    aux (x:xs) ys (z:zs) = aux xs (z:ys) (zipWith (+) brotes zs) 
        where brotes = replicate x 1 ++ repeat 0

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

--    λ> sum $ siembra1 [1..2000]
--    2001000
--    (9.44 secs, 1,894,065,928 bytes)
--    ghci> sum $ siembra2 [1..2000]
--    2001000
--    (5.92 secs, 936900576 bytes)
--    ghci> sum $ siembra3 [1..2000]
--    2001000
--    (1.59 secs, 836847072 bytes)
--    ghci> sum $ siembra4 [1..2000]
--    2001000
--    (1.68 secs, 570492392 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición
siembra :: [Int] -> [Int]
siembra = siembra2

-- Verificación
-- ============

-- La propiedad es
prop_siembra :: [Int] -> Bool
prop_siembra xs =
    sum (siembra1 ys) == sum ys
    where ys = map (\x -> 1 + abs x) xs

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

100

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

siembra1 :: [Int] -> [Int]

siembra1 = suma . brotes

-- (brotes xs) es la lista de los brotes obtenido sembrando los

-- elementos de xs. Por ejemplo,

-- brotes [3,4,2] == [[0,1,1,1],[0,0,1,1,1,1],[0,0,0,1,1]]

brotes :: [Int] -> [[Int]]

brotes xs = aux xs 1

where aux (x:xs) n = (replicate n 0 ++ replicate x 1) : aux xs (n+1)

aux _ _ = []

-- (suma xss) es la suma de los elementos de xss (suponiendo que al

-- final de cada elemento se continua con ceros). Por ejemplo,

-- suma [[0,1,1,1],[0,0,1,1,1,1],[0,0,0,1,1]] == [0,1,2,3,2,1]

suma :: [[Int]] -> [Int]

suma = foldr1 aux

where aux [] ys = ys

aux xs [] = xs

aux (x:xs) (y:ys) = (x+y) : aux xs ys

-- 2ª solución

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

siembra2 :: [Int] -> [Int]

siembra2 [] = []

siembra2 (x:xs) = mezcla (siembraElemento x) (0 : siembra2 xs)

siembraElemento :: Int -> [Int]

siembraElemento x = 0 : replicate x 1

mezcla :: [Int] -> [Int] -> [Int]

mezcla xs ys =

take (max (length xs) (length ys))

(zipWith (+) (xs ++ repeat 0) (ys ++ repeat 0))

-- 3ª solución

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

siembra3 :: [Int] -> [Int]

siembra3 [] = []

siembra3 xs = aux xs 0 (repeat 0) where

aux [] _ ys = cosecha ys

aux (x:xs) n ys = aux xs (n+1) (zipWith (+) brotes ys)

where brotes = replicate (n+1) 0 ++ replicate x 1 ++ repeat 0

-- (cosecha xs) es la lista formada por los ceros iniciales de xs y los

-- elementos siguientes hasta que vuelve a aparecer el 0. Por ejemplo,

-- cosecha [0,0,3,5,2,0,9] == [0,0,3,5,2]

-- cosecha ([0,0,3,5,2] ++ repeat 0) == [0,0,3,5,2]

cosecha :: [Int] -> [Int]

cosecha xs = ys ++ takeWhile (>0) zs

where (ys,zs) = span (==0) xs

-- 4ª solución

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

siembra4 :: [Int] -> [Int]

siembra4 [] = []

siembra4 xs = aux xs [] (repeat 0) where

aux [] ys zs = reverse ys ++ takeWhile (>0) zs

aux (x:xs) ys (z:zs) = aux xs (z:ys) (zipWith (+) brotes zs)

where brotes = replicate x 1 ++ repeat 0

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sum $ siembra1 [1..2000]

-- 2001000

-- (9.44 secs, 1,894,065,928 bytes)

-- ghci> sum $ siembra2 [1..2000]

-- 2001000

-- (5.92 secs, 936900576 bytes)

-- ghci> sum $ siembra3 [1..2000]

-- 2001000

-- (1.59 secs, 836847072 bytes)

-- ghci> sum $ siembra4 [1..2000]

-- 2001000

-- (1.68 secs, 570492392 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición

siembra :: [Int] -> [Int]

siembra = siembra2

-- Verificación

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

-- La propiedad es

prop_siembra :: [Int] -> Bool

prop_siembra xs =

sum (siembra1 ys) == sum ys

where ys = map (\x -> 1 + abs x) xs

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_siembra

-- +++ OK, passed 100 tests.

Listas con los ceros emparejados

PorJosé A. Alonso 4-marzo-201511-marzo-2015

Sea S un conjunto de números. Las listas de ceros emparejados de S son las listas formadas con los elementos de S y en las cuales los ceros aparecen en sublistas de longitud par. Por ejemplo, si S = {0,1,2} entonces [1], [2], [2,1], [2,0,0,2,0,0,1] y [0,0,0,0,1,2] son listas de ceros emparejados de S; pero [0,0,0,2,1,0,0] y [0,0,1,0,1] no lo son.

Definir las funciones

   cerosEmparejados  :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
   nCerosEmparejados :: Integer -> Integer -> Integer

1 2	cerosEmparejados :: Integer -> Integer -> [[Integer]] nCerosEmparejados :: Integer -> Integer -> Integer

tales que
+ (cerosEmparejados m n) es la lista de las listas de longitud n de ceros emparejados con los números 0, 1, 2,…, m. Por ejemplo,

     ghci> cerosEmparejados 2 0
     [[]]
     ghci> cerosEmparejados 2 1
     [[1],[2]]
     ghci> cerosEmparejados 3 1
     [[1],[2],[3]]
     ghci> cerosEmparejados 2 2
     [[1,1],[1,2],[2,1],[2,2],[0,0]]
     ghci> cerosEmparejados 2 3
     [[1,1,1],[1,1,2],[1,2,1],[1,2,2],[1,0,0],[2,1,1],[2,1,2],
      [2,2,1],[2,2,2],[2,0,0],[0,0,1],[0,0,2]]
     ghci> cerosEmparejados 2 4
     [[1,1,1,1],[1,1,1,2],[1,1,2,1],[1,1,2,2],[1,1,0,0],[1,2,1,1],
      [1,2,1,2],[1,2,2,1],[1,2,2,2],[1,2,0,0],[1,0,0,1],[1,0,0,2],
      [2,1,1,1],[2,1,1,2],[2,1,2,1],[2,1,2,2],[2,1,0,0],[2,2,1,1],
      [2,2,1,2],[2,2,2,1],[2,2,2,2],[2,2,0,0],[2,0,0,1],[2,0,0,2],
      [0,0,1,1],[0,0,1,2],[0,0,2,1],[0,0,2,2],[0,0,0,0]]

ghci> cerosEmparejados 2 0

[[]]

ghci> cerosEmparejados 2 1

[[1],[2]]

ghci> cerosEmparejados 3 1

[[1],[2],[3]]

ghci> cerosEmparejados 2 2

[[1,1],[1,2],[2,1],[2,2],[0,0]]

ghci> cerosEmparejados 2 3

[[1,1,1],[1,1,2],[1,2,1],[1,2,2],[1,0,0],[2,1,1],[2,1,2],

[2,2,1],[2,2,2],[2,0,0],[0,0,1],[0,0,2]]

ghci> cerosEmparejados 2 4

[[1,1,1,1],[1,1,1,2],[1,1,2,1],[1,1,2,2],[1,1,0,0],[1,2,1,1],

[1,2,1,2],[1,2,2,1],[1,2,2,2],[1,2,0,0],[1,0,0,1],[1,0,0,2],

[2,1,1,1],[2,1,1,2],[2,1,2,1],[2,1,2,2],[2,1,0,0],[2,2,1,1],

[2,2,1,2],[2,2,2,1],[2,2,2,2],[2,2,0,0],[2,0,0,1],[2,0,0,2],

[0,0,1,1],[0,0,1,2],[0,0,2,1],[0,0,2,2],[0,0,0,0]]

(nCerosEmparejados m n) es el número de listas de longitud n de ceros emparejados con los números 0, 1, 2,…, m. Por ejemplo,

     nCerosEmparejados 2 2   ==  5
     nCerosEmparejados 2 3   ==  12
     nCerosEmparejados 2 4   ==  29
     nCerosEmparejados 9 27  ==  79707842493701635611689499

nCerosEmparejados 2 2 == 5

nCerosEmparejados 2 3 == 12

nCerosEmparejados 2 4 == 29

nCerosEmparejados 9 27 == 79707842493701635611689499

Soluciones

import Data.List (genericIndex)
import Data.List (genericLength) 

cerosEmparejados :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
cerosEmparejados m 0 = [[]]
cerosEmparejados m 1 = [[k] | k <- [1..m]]
cerosEmparejados m n = 
    [x:ys | x <- [1..m], ys <- cerosEmparejados m (n-1)] ++
    [0:0:ys | ys <- cerosEmparejados m (n-2)]

-- 1ª definición de nCerosEmparejados: 
nCerosEmparejados1 :: Integer -> Integer -> Integer
nCerosEmparejados1 m n = fromIntegral (length (cerosEmparejados m n))

-- 2ª definición de nCerosEmparejados: 
nCerosEmparejados2 :: Integer -> Integer -> Integer
nCerosEmparejados2 _ 0 = 1
nCerosEmparejados2 m 1 = m
nCerosEmparejados2 m n = 
    m * nCerosEmparejados2 m (n-1) + nCerosEmparejados2 m (n-2)

-- 3ª definición de nCerosEmparejados: 
nCerosEmparejados3 :: Integer -> Integer -> Integer
nCerosEmparejados3 m n = aux `genericIndex` n
    where aux = 1 : m : zipWith (\x y -> x+m*y) aux (tail aux)

-- Comparación de eficiencia
--    ghci> nCerosEmparejados1 9 7
--    5144589
--    (22.30 secs, 6556279384 bytes)
--    ghci> nCerosEmparejados2 9 7
--    5144589
--    (0.01 secs, 515464 bytes)
--    ghci> nCerosEmparejados3 9 7
--    5144589
--    (0.01 secs, 518104 bytes)
--
--    ghci> nCerosEmparejados2 9 33
--    45556060883025783396845717812863
--    (21.59 secs, 2676070480 bytes)
--    ghci> nCerosEmparejados3 9 33
--    45556060883025783396845717812863
--    (0.00 secs, 1017240 bytes)

import Data.List (genericIndex)

import Data.List (genericLength)

cerosEmparejados :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

cerosEmparejados m 0 = [[]]

cerosEmparejados m 1 = [[k] | k <- [1..m]]

cerosEmparejados m n =

[x:ys | x <- [1..m], ys <- cerosEmparejados m (n-1)] ++

[0:0:ys | ys <- cerosEmparejados m (n-2)]

-- 1ª definición de nCerosEmparejados:

nCerosEmparejados1 :: Integer -> Integer -> Integer

nCerosEmparejados1 m n = fromIntegral (length (cerosEmparejados m n))

-- 2ª definición de nCerosEmparejados:

nCerosEmparejados2 :: Integer -> Integer -> Integer

nCerosEmparejados2 _ 0 = 1

nCerosEmparejados2 m 1 = m

nCerosEmparejados2 m n =

m * nCerosEmparejados2 m (n-1) + nCerosEmparejados2 m (n-2)

-- 3ª definición de nCerosEmparejados:

nCerosEmparejados3 :: Integer -> Integer -> Integer

nCerosEmparejados3 m n = aux `genericIndex` n

where aux = 1 : m : zipWith (\x y -> x+m*y) aux (tail aux)

-- Comparación de eficiencia

-- ghci> nCerosEmparejados1 9 7

-- 5144589

-- (22.30 secs, 6556279384 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados2 9 7

-- 5144589

-- (0.01 secs, 515464 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados3 9 7

-- 5144589

-- (0.01 secs, 518104 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados2 9 33

-- 45556060883025783396845717812863

-- (21.59 secs, 2676070480 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados3 9 33

-- 45556060883025783396845717812863

-- (0.00 secs, 1017240 bytes)

Mayor diferencia progresiva

PorJosé A. Alonso 26-febrero-20151-mayo-2016

La diferencia progresiva entre dos elementos de una lista es la resta entre el que ocupa la mayor posición y la menor. Por ejemplo, en la lista [1,5,8,2,9] la diferencia entre los elementos 5 y 8 es 3 y entre 5 y 2 es -3.

Definir la función

   mayorDiferencia :: [Int] -> Int

1	mayorDiferencia :: [Int] -> Int

tal que (mayorDiferencia xs) es la mayor diferencia progresiva entre los elementos de xs. Por ejemplo,

   mayorDiferencia [1,5,8,2,9]  ==  8
   mayorDiferencia [9,5,8,2,1]  ==  3
   mayorDiferencia [7,2,6]      ==  4
   mayorDiferencia [3,2,1]      ==  0
   mayorDiferencia [1..10^7]    ==  9999999

mayorDiferencia [1,5,8,2,9] == 8

mayorDiferencia [9,5,8,2,1] == 3

mayorDiferencia [7,2,6] == 4

mayorDiferencia [3,2,1] == 0

mayorDiferencia [1..10^7] == 9999999

Soluciones

import Data.List (inits)

-- 1ª definición (por recursión):
mayorDiferencia :: [Int] -> Int
mayorDiferencia ([_])  = 0
mayorDiferencia (x:xs) = 
    max (maximum [y-x | y <- xs]) (mayorDiferencia xs) 

-- 2ª definición (por comprensión)
mayorDiferencia2 :: [Int] -> Int
mayorDiferencia2 xs = 
    maximum [x-y | (x,y) <- zip xs (map minimum (tail (inits xs)))]

-- 3ª definición:
mayorDiferencia3 :: [Int] -> Int
mayorDiferencia3 xs = maximum (zipWith (-) xs (scanl1 min xs))

-- 4ª definición:
mayorDiferencia4 :: [Int] -> Int
mayorDiferencia4 xs = maximum . zipWith (-) xs $ scanl1 min xs

-- Comparación de eficiencia
--    ghci> mayorDiferencia [1..3000]
--    2999
--    (3.43 secs, 943439560 bytes)
--    
--    ghci> mayorDiferencia2 [1..3000]
--    2999
--    (3.38 secs, 978359192 bytes)
--    
--    ghci> mayorDiferencia3 [1..3000]
--    2999
--    (0.01 secs, 2877960 bytes)
--    
--    ghci> mayorDiferencia4 [1..3000]
--    2999
--    (0.01 secs, 2062616 bytes)

import Data.List (inits)

-- 1ª definición (por recursión):

mayorDiferencia :: [Int] -> Int

mayorDiferencia ([_]) = 0

mayorDiferencia (x:xs) =

max (maximum [y-x | y <- xs]) (mayorDiferencia xs)

-- 2ª definición (por comprensión)

mayorDiferencia2 :: [Int] -> Int

mayorDiferencia2 xs =

maximum [x-y | (x,y) <- zip xs (map minimum (tail (inits xs)))]

-- 3ª definición:

mayorDiferencia3 :: [Int] -> Int

mayorDiferencia3 xs = maximum (zipWith (-) xs (scanl1 min xs))

-- 4ª definición:

mayorDiferencia4 :: [Int] -> Int

mayorDiferencia4 xs = maximum . zipWith (-) xs $ scanl1 min xs

-- Comparación de eficiencia

-- ghci> mayorDiferencia [1..3000]

-- 2999

-- (3.43 secs, 943439560 bytes)

-- ghci> mayorDiferencia2 [1..3000]

-- 2999

-- (3.38 secs, 978359192 bytes)

-- ghci> mayorDiferencia3 [1..3000]

-- 2999

-- (0.01 secs, 2877960 bytes)

-- ghci> mayorDiferencia4 [1..3000]

-- 2999

-- (0.01 secs, 2062616 bytes)

Suma de conjuntos de polinomios

PorJosé A. Alonso 25-febrero-20151-mayo-2016

Los conjuntos de polinomios se pueden representar por listas de listas de la misma longitud. Por ejemplo, los polinomios 3x²+5x+9, 10x³+9 y 8x³+5x²+x-1 se pueden representar por las listas [0,3,5,9], [10,0,0,9] y [8,5,1,-1].

Definir la función

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

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

tal que (sumaPolinomios ps) es la suma de los polinomios ps. Por ejemplo,

   ghci> sumaPolinomios1 [[0,3,5,9],[10,0,0,9],[8,5,1,-1]]
   [18,8,6,17]
   ghci> sumaPolinomios6 (replicate 1000000 (replicate 3 1))
   [1000000,1000000,1000000]

ghci> sumaPolinomios1 [[0,3,5,9],[10,0,0,9],[8,5,1,-1]]

[18,8,6,17]

ghci> sumaPolinomios6 (replicate 1000000 (replicate 3 1))

[1000000,1000000,1000000]

Soluciones

import Data.List (transpose)
import Data.Array ((!),accumArray,elems,listArray)

-- 1ª definición (por recursión):
sumaPolinomios1 :: Num a => [[a]] -> [a]
sumaPolinomios1 []          = []
sumaPolinomios1 [xs]        = xs
sumaPolinomios1 (xs:ys:zss) = suma xs (sumaPolinomios1 (ys:zss))

-- (suma xs ys) es la suma de los vectores xs e ys. Por ejemplo,
--    suma [4,7,3] [1,2,5]  == [5,9,8]
suma :: Num a => [a] -> [a] -> [a]
suma [] []         = []
suma (x:xs) (y:ys) = x+y : suma xs ys

-- 2ª definición (por recursión con zipWith): 
sumaPolinomios2 :: Num a => [[a]] -> [a]
sumaPolinomios2 []       = []
sumaPolinomios2 [xs]     = xs
sumaPolinomios2 (xs:xss) = zipWith (+) xs (sumaPolinomios2 xss)

-- 3ª definición (por plegado)
sumaPolinomios3 :: Num a => [[a]] -> [a]
sumaPolinomios3 = foldr1 (zipWith (+))

-- 4ª definición (por comprensión con transpose):
sumaPolinomios4 :: Num a => [[a]] -> [a]
sumaPolinomios4 xss = [sum xs | xs <- transpose xss]

-- 5ª definición (con map y transpose):
sumaPolinomios5 :: Num a => [[a]] -> [a]
sumaPolinomios5 = map sum . transpose 

-- 6ª definición (con array)
sumaPolinomios6 :: Num a => [[a]] -> [a]
sumaPolinomios6 xss = [sum [p!(i,j) | i <- [1..m]] | j <- [1..n]] 
    where m = length xss
          n = length (head xss)
          p = listArray ((1,1),(m,n)) (concat xss) 

-- 7ª definición (con accumArray)
sumaPolinomios7 :: Num a => [[a]] -> [a]
sumaPolinomios7 xss = 
    elems $ accumArray (+) 0 (1,n) (concat [zip [1..] xs | xs <- xss])
    where n = length (head xss)

-- Comparación de eficiencia
--    ghci> sumaPolinomios1 (replicate 300000 (replicate 5 1))
--    [300000,300000,300000,300000,300000]
--    (3.94 secs, 354713532 bytes)
--    
--    ghci> sumaPolinomios2 (replicate 300000 (replicate 5 1))
--    [300000,300000,300000,300000,300000]
--    (2.08 secs, 185506908 bytes)
--    
--    ghci> sumaPolinomios3 (replicate 300000 (replicate 5 1))
--    [300000,300000,300000,300000,300000]
--    (1.48 secs, 167026728 bytes)
--    
--    ghci> sumaPolinomios4 (replicate 300000 (replicate 5 1))
--    [300000,300000,300000,300000,300000]
--    (1.08 secs, 148564752 bytes)
--    
--    ghci> sumaPolinomios5 (replicate 300000 (replicate 5 1))
--    [300000,300000,300000,300000,300000]
--    (1.02 secs, 148062764 bytes)
--    
--    ghci> sumaPolinomios6 (replicate 300000 (replicate 5 1))
--    [300000,300000,300000,300000,300000]
--    (3.17 secs, 463756028 bytes)
--    
--    ghci> sumaPolinomios7 (replicate 300000 (replicate 5 1))
--    [300000,300000,300000,300000,300000]
--    (1.50 secs, 291699548 bytes)

import Data.List (transpose)

import Data.Array ((!),accumArray,elems,listArray)

-- 1ª definición (por recursión):

sumaPolinomios1 :: Num a => [[a]] -> [a]

sumaPolinomios1 [] = []

sumaPolinomios1 [xs] = xs

sumaPolinomios1 (xs:ys:zss) = suma xs (sumaPolinomios1 (ys:zss))

-- (suma xs ys) es la suma de los vectores xs e ys. Por ejemplo,

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

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

suma [] [] = []

suma (x:xs) (y:ys) = x+y : suma xs ys

-- 2ª definición (por recursión con zipWith):

sumaPolinomios2 :: Num a => [[a]] -> [a]

sumaPolinomios2 [] = []

sumaPolinomios2 [xs] = xs

sumaPolinomios2 (xs:xss) = zipWith (+) xs (sumaPolinomios2 xss)

-- 3ª definición (por plegado)

sumaPolinomios3 :: Num a => [[a]] -> [a]

sumaPolinomios3 = foldr1 (zipWith (+))

-- 4ª definición (por comprensión con transpose):

sumaPolinomios4 :: Num a => [[a]] -> [a]

sumaPolinomios4 xss = [sum xs | xs <- transpose xss]

-- 5ª definición (con map y transpose):

sumaPolinomios5 :: Num a => [[a]] -> [a]

sumaPolinomios5 = map sum . transpose

-- 6ª definición (con array)

sumaPolinomios6 :: Num a => [[a]] -> [a]

sumaPolinomios6 xss = [sum [p!(i,j) | i <- [1..m]] | j <- [1..n]]

where m = length xss

n = length (head xss)

p = listArray ((1,1),(m,n)) (concat xss)

-- 7ª definición (con accumArray)

sumaPolinomios7 :: Num a => [[a]] -> [a]

sumaPolinomios7 xss =

elems $ accumArray (+) 0 (1,n) (concat [zip [1..] xs | xs <- xss])

where n = length (head xss)

-- Comparación de eficiencia

-- ghci> sumaPolinomios1 (replicate 300000 (replicate 5 1))

-- [300000,300000,300000,300000,300000]

-- (3.94 secs, 354713532 bytes)

-- ghci> sumaPolinomios2 (replicate 300000 (replicate 5 1))

-- [300000,300000,300000,300000,300000]

-- (2.08 secs, 185506908 bytes)

-- ghci> sumaPolinomios3 (replicate 300000 (replicate 5 1))

-- [300000,300000,300000,300000,300000]

-- (1.48 secs, 167026728 bytes)

-- ghci> sumaPolinomios4 (replicate 300000 (replicate 5 1))

-- [300000,300000,300000,300000,300000]

-- (1.08 secs, 148564752 bytes)

-- ghci> sumaPolinomios5 (replicate 300000 (replicate 5 1))

-- [300000,300000,300000,300000,300000]

-- (1.02 secs, 148062764 bytes)

-- ghci> sumaPolinomios6 (replicate 300000 (replicate 5 1))

-- [300000,300000,300000,300000,300000]

-- (3.17 secs, 463756028 bytes)

-- ghci> sumaPolinomios7 (replicate 300000 (replicate 5 1))

-- [300000,300000,300000,300000,300000]

-- (1.50 secs, 291699548 bytes)

Suma de una lista de vectores

PorJosé A. Alonso 19-enero-201530-noviembre-2015

Definir la función

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

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

tal que (sumaVec xss) es la suma de los vectores de xss. Por ejemplo,

   sumaVec [[4,7,3],[3,1,4],[2,2,5]]  ==  [9,10,12]
   sumaVec [[4,7],[3,3],[1,4],[2,5]]  ==  [10,19]

1 2	sumaVec [[4,7,3],[3,1,4],[2,2,5]] == [9,10,12] sumaVec [[4,7],[3,3],[1,4],[2,5]] == [10,19]

Soluciones

import Data.List (transpose)
import Data.Array (listArray,(!))

-- 1ª definición (por recursión):
sumaVec1 :: Num a => [[a]] -> [a]
sumaVec1 []          = []
sumaVec1 [xs]        = xs
sumaVec1 (xs:ys:zss) = suma xs (sumaVec1 (ys:zss))

-- (suma xs ys) es la suma de los vectores xs e ys. Por ejemplo,
--    suma [4,7,3] [1,2,5]  == [5,9,8]
suma :: Num a => [a] -> [a] -> [a]
suma [] []         = []
suma (x:xs) (y:ys) = x+y : suma xs ys

-- 2ª definición (por recursión con zipWith): 
sumaVec2 :: Num a => [[a]] -> [a]
sumaVec2 []       = []
sumaVec2 [xs]     = xs
sumaVec2 (xs:xss) = zipWith (+) xs (sumaVec2 xss)

-- 3ª definición (por plegado)
sumaVec3 :: Num a => [[a]] -> [a]
sumaVec3 = foldr1 (zipWith (+))

-- 4ª definición (con map y transpose):
sumaVec4 :: Num a => [[a]] -> [a]
sumaVec4 = map sum . transpose 

-- 5ª definición (con array)
-- =========================

sumaVec5 :: Num a => [[a]] -> [a]
sumaVec5 xss = [sum [p!(i,j) | i <- [1..m]] | j <- [1..n]] 
    where m = length xss
          n = length (head xss)
          p = listArray ((1,1),(m,n)) (concat xss)

import Data.List (transpose)

import Data.Array (listArray,(!))

-- 1ª definición (por recursión):

sumaVec1 :: Num a => [[a]] -> [a]

sumaVec1 [] = []

sumaVec1 [xs] = xs

sumaVec1 (xs:ys:zss) = suma xs (sumaVec1 (ys:zss))

-- (suma xs ys) es la suma de los vectores xs e ys. Por ejemplo,

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

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

suma [] [] = []

suma (x:xs) (y:ys) = x+y : suma xs ys

-- 2ª definición (por recursión con zipWith):

sumaVec2 :: Num a => [[a]] -> [a]

sumaVec2 [] = []

sumaVec2 [xs] = xs

sumaVec2 (xs:xss) = zipWith (+) xs (sumaVec2 xss)

-- 3ª definición (por plegado)

sumaVec3 :: Num a => [[a]] -> [a]

sumaVec3 = foldr1 (zipWith (+))

-- 4ª definición (con map y transpose):

sumaVec4 :: Num a => [[a]] -> [a]

sumaVec4 = map sum . transpose

-- 5ª definición (con array)

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

sumaVec5 :: Num a => [[a]] -> [a]

sumaVec5 xss = [sum [p!(i,j) | i <- [1..m]] | j <- [1..n]]

where m = length xss

n = length (head xss)

p = listArray ((1,1),(m,n)) (concat xss)

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