zipWith

Cálculo de pi mediante la serie de Nilakantha

PorJosé A. Alonso 11-abril-201825-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 |

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

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 |

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

Soluciones

import Text.Printf

-- 1ª solución
-- ===========

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..]]

-- 2ª solución
-- ===========

aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 = aux 3 2 1
  where aux x _ _ 0 = x
        aux x y z m =
          aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)

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

--    λ> aproximacionPi (2*10^5)
--    3.141592653589787
--    (0.82 secs, 145,964,728 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (2*10^5)
--    3.141592653589787
--    (2.27 secs, 432,463,496 bytes)
--    λ> aproximacionPi (3*10^5)
--    3.141592653589787
--    (0.34 secs, 73,056,488 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (3*10^5)
--    3.141592653589787
--    (3.24 secs, 648,603,824 bytes)

-- Definicioń de tabla
-- ===================

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 solución

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

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..]]

-- 2ª solución

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

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 = aux 3 2 1

where aux x _ _ 0 = x

aux x y z m =

aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> aproximacionPi (2*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (0.82 secs, 145,964,728 bytes)

-- λ> aproximacionPi2 (2*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (2.27 secs, 432,463,496 bytes)

-- λ> aproximacionPi (3*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (0.34 secs, 73,056,488 bytes)

-- λ> aproximacionPi2 (3*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (3.24 secs, 648,603,824 bytes)

-- Definicioń de tabla

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

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"

Árbol de subconjuntos

PorJosé A. Alonso 30-marzo-20187-abril-2018

Definir las siguientes funciones

   arbolSubconjuntos       :: [a] -> Tree [a]
   nNodosArbolSubconjuntos :: Integer -> Integer
   sumaNNodos              :: Integer -> Integer

arbolSubconjuntos :: [a] -> Tree [a]

nNodosArbolSubconjuntos :: Integer -> Integer

sumaNNodos :: Integer -> Integer

tales que

(arbolSubconjuntos xs) es el árbol de los subconjuntos de xs. Por ejemplo.

     λ> putStrLn (drawTree (arbolSubconjuntos "abc"))
     abc
     |
     +- bc
     |  |
     |  +- c
     |  |
     |  `- b
     |
     +- ac
     |  |
     |  +- c
     |  |
     |  `- a
     |
     `- ab
        |
        +- b
        |
        `- a

λ> putStrLn (drawTree (arbolSubconjuntos "abc"))

abc

+- bc

| |

| +- c

| |

| `- b

+- ac

| |

| +- c

| |

| `- a

`- ab

+- b

`- a

(nNodosArbolSubconjuntos xs) es el número de nodos del árbol de xs. Por ejemplo

     nNodosArbolSubconjuntos "abc"  ==  10
     nNodosArbolSubconjuntos [1..4*10^4] `mod` (7+10^9) == 546503960

1 2	nNodosArbolSubconjuntos "abc" == 10 nNodosArbolSubconjuntos [1..4*10^4] `mod` (7+10^9) == 546503960

(sumaNNodos n) es la suma del número de nodos de los árboles de los subconjuntos de [1..k] para 1 <= k <= n. Por ejemplo,

     λ> sumaNNodos 3  ==  14
     sumaNNodos (4*10^4) `mod` (7+10^9)  ==  249479844

1 2	λ> sumaNNodos 3 == 14 sumaNNodos (4*10^4) `mod` (7+10^9) == 249479844

Soluciones

import Data.List (genericLength, genericTake)
import Data.Tree (Tree (Node))

-- Definición de arbolSubconjuntos
-- ===============================

arbolSubconjuntos :: [a] -> Tree [a]
arbolSubconjuntos [x] = Node [x] []
arbolSubconjuntos xs =
  Node xs (map arbolSubconjuntos (sinUno xs))

-- (sinUno xs) es la lista obtenidas eliminando un elemento de xs. Por
-- ejemplo, 
--    sinUno "abcde"  ==  ["bcde","acde","abde","abce","abcd"]
sinUno :: [a] -> [[a]]
sinUno xs =
  [ys ++ zs | n <- [0..length xs - 1]
            , let (ys,_:zs) = splitAt n xs]       

-- 1ª definición de nNodosArbolSubconjuntos
-- ========================================

nNodosArbolSubconjuntos :: [a] -> Integer
nNodosArbolSubconjuntos =
  fromIntegral . length . arbolSubconjuntos 

-- 2ª definición de nNodosArbolSubconjuntos
-- ========================================

nNodosArbolSubconjuntos2 :: [a] -> Integer
nNodosArbolSubconjuntos2 = aux . genericLength
  where aux 1 = 1
        aux n = 1 + n * aux (n-1)

-- 3ª definición de nNodosArbolSubconjuntos
-- ========================================

nNodosArbolSubconjuntos3 :: [a] -> Integer
nNodosArbolSubconjuntos3 xs =
  sucNNodos !! (n-1)
  where n = length xs

-- sucNNodos es la sucesión de los números de nodos de los árboles de
-- los subconjuntos con 1, 2, ... elementos. Por ejemplo.
--    λ> take 10 sucNNodos
--    [1,3,10,41,206,1237,8660,69281,623530,6235301]
sucNNodos :: [Integer]
sucNNodos =
  1 : map (+ 1) (zipWith (*) [2..] sucNNodos)

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

--    λ> nNodosArbolSubconjuntos 10
--    6235301
--    (9.66 secs, 5,491,704,944 bytes)
--    λ> nNodosArbolSubconjuntos2 10
--    6235301
--    (0.00 secs, 145,976 bytes)
--
--    λ> length (show (nNodosArbolSubconjuntos2 (4*10^4)))
--    166714
--    (1.07 secs, 2,952,675,472 bytes)
--    λ> length (show (nNodosArbolSubconjuntos3 (4*10^4)))
--    166714
--    (1.53 secs, 2,959,020,680 bytes)

-- 1ª definición de sumaNNodos
-- ===========================

sumaNNodos :: Integer -> Integer
sumaNNodos n =
  sum [nNodosArbolSubconjuntos [1..k] | k <- [1..n]]

-- 2ª definición de sumaNNodos
-- ===========================

sumaNNodos2 :: Integer -> Integer
sumaNNodos2 n =
  sum [nNodosArbolSubconjuntos2 [1..k] | k <- [1..n]]

-- 3ª definición de sumaNNodos
-- ===========================

sumaNNodos3 :: Integer -> Integer
sumaNNodos3 n =
  sum (genericTake n sucNNodos)

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

--    λ> sumaNNodos 10 `mod` (7+10^9)
--    6938270
--    (16.00 secs, 9,552,410,688 bytes)
--    λ> sumaNNodos2 10 `mod` (7+10^9)
--    6938270
--    (0.00 secs, 177,632 bytes)
-- 
--    λ> sumaNNodos2 (2*10^3) `mod` (7+10^9)
--    851467820
--    (2.62 secs, 4,622,117,976 bytes)
--    λ> sumaNNodos3 (2*10^3) `mod` (7+10^9)
--    851467820
--    (0.01 secs, 8,645,336 bytes)

100

101

102

103

104

import Data.List (genericLength, genericTake)

import Data.Tree (Tree (Node))

-- Definición de arbolSubconjuntos

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

arbolSubconjuntos :: [a] -> Tree [a]

arbolSubconjuntos [x] = Node [x] []

arbolSubconjuntos xs =

Node xs (map arbolSubconjuntos (sinUno xs))

-- (sinUno xs) es la lista obtenidas eliminando un elemento de xs. Por

-- ejemplo,

-- sinUno "abcde" == ["bcde","acde","abde","abce","abcd"]

sinUno :: [a] -> [[a]]

sinUno xs =

[ys ++ zs | n <- [0..length xs - 1]

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

-- 1ª definición de nNodosArbolSubconjuntos

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

nNodosArbolSubconjuntos :: [a] -> Integer

nNodosArbolSubconjuntos =

fromIntegral . length . arbolSubconjuntos

-- 2ª definición de nNodosArbolSubconjuntos

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

nNodosArbolSubconjuntos2 :: [a] -> Integer

nNodosArbolSubconjuntos2 = aux . genericLength

where aux 1 = 1

aux n = 1 + n * aux (n-1)

-- 3ª definición de nNodosArbolSubconjuntos

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

nNodosArbolSubconjuntos3 :: [a] -> Integer

nNodosArbolSubconjuntos3 xs =

sucNNodos !! (n-1)

where n = length xs

-- sucNNodos es la sucesión de los números de nodos de los árboles de

-- los subconjuntos con 1, 2, ... elementos. Por ejemplo.

-- λ> take 10 sucNNodos

-- [1,3,10,41,206,1237,8660,69281,623530,6235301]

sucNNodos :: [Integer]

sucNNodos =

1 : map (+ 1) (zipWith (*) [2..] sucNNodos)

-- Comparación de eficiencia de nNodosArbolSubconjuntos

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

-- λ> nNodosArbolSubconjuntos 10

-- 6235301

-- (9.66 secs, 5,491,704,944 bytes)

-- λ> nNodosArbolSubconjuntos2 10

-- 6235301

-- (0.00 secs, 145,976 bytes)

-- λ> length (show (nNodosArbolSubconjuntos2 (4*10^4)))

-- 166714

-- (1.07 secs, 2,952,675,472 bytes)

-- λ> length (show (nNodosArbolSubconjuntos3 (4*10^4)))

-- 166714

-- (1.53 secs, 2,959,020,680 bytes)

-- 1ª definición de sumaNNodos

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

sumaNNodos :: Integer -> Integer

sumaNNodos n =

sum [nNodosArbolSubconjuntos [1..k] | k <- [1..n]]

-- 2ª definición de sumaNNodos

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

sumaNNodos2 :: Integer -> Integer

sumaNNodos2 n =

sum [nNodosArbolSubconjuntos2 [1..k] | k <- [1..n]]

-- 3ª definición de sumaNNodos

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

sumaNNodos3 :: Integer -> Integer

sumaNNodos3 n =

sum (genericTake n sucNNodos)

-- Comparación de eficiencia de sumaNNodos

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

-- λ> sumaNNodos 10 `mod` (7+10^9)

-- 6938270

-- (16.00 secs, 9,552,410,688 bytes)

-- λ> sumaNNodos2 10 `mod` (7+10^9)

-- 6938270

-- (0.00 secs, 177,632 bytes)

-- λ> sumaNNodos2 (2*10^3) `mod` (7+10^9)

-- 851467820

-- (2.62 secs, 4,622,117,976 bytes)

-- λ> sumaNNodos3 (2*10^3) `mod` (7+10^9)

-- 851467820

-- (0.01 secs, 8,645,336 bytes)

Operaciones binarias con matrices

PorJosé A. Alonso 28-marzo-20185-abril-2018

Entre dos matrices de la misma dimensión se pueden aplicar distintas operaciones binarias entre los elementos en la misma posición. Por ejemplo, si a y b son las matrices

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

1 2	\|3 4 6\| \|1 4 2\| \|5 6 7\| \|2 1 2\|

entonces a+b y a-b son, respectivamente

   |4 8 8|     |2 0 4|
   |7 7 9|     |3 5 5

1 2	\|4 8 8\| \|2 0 4\| \|7 7 9\| \|3 5 5

Definir la función

   opMatriz :: (Int -> Int -> Int) -> 
               Matriz Int -> Matriz Int -> Matriz Int

1 2	opMatriz :: (Int -> Int -> Int) -> Matriz Int -> Matriz Int -> Matriz Int

tal que (opMatriz f p q) es la matriz obtenida aplicando la operación f entre los elementos de p y q de la misma posición. Por ejemplo,

   λ> a = listArray ((1,1),(2,3)) [3,4,6,5,6,7]
   λ> b = listArray ((1,1),(2,3)) [1,4,2,2,1,2]
   λ> elems (opMatriz (+) a b)
   [4,8,8,7,7,9]
   λ> elems (opMatriz max a b)
   [3,4,6,5,6,7]
   λ> c = listArray ((1,1),(2,2)) ["ab","c","d","ef"]
   λ> d = listArray ((1,1),(2,2)) [3,1,0,5]
   λ> elems (opMatriz menor c d)
   [True,False,False,True]

λ> a = listArray ((1,1),(2,3)) [3,4,6,5,6,7]

λ> b = listArray ((1,1),(2,3)) [1,4,2,2,1,2]

λ> elems (opMatriz (+) a b)

[4,8,8,7,7,9]

λ> elems (opMatriz max a b)

[3,4,6,5,6,7]

λ> c = listArray ((1,1),(2,2)) ["ab","c","d","ef"]

λ> d = listArray ((1,1),(2,2)) [3,1,0,5]

λ> elems (opMatriz menor c d)

[True,False,False,True]

Soluciones

import Data.Array

-- 1ª solución
opMatriz :: (a -> b -> c) ->
            Array (Int,Int) a -> Array (Int,Int) b -> Array (Int,Int) c
opMatriz f p q =
  array (bounds p) [(k, f (p!k) (q!k)) | k <- indices p]
          
-- 2ª solución
opMatriz2 :: (a -> b -> c) ->
            Array (Int,Int) a -> Array (Int,Int) b -> Array (Int,Int) c
opMatriz2 f p q = 
  listArray (bounds p) [f x y | (x,y) <- zip (elems p) (elems q)]

-- 3ª solución
opMatriz3 :: (a -> b -> c) ->
            Array (Int,Int) a -> Array (Int,Int) b -> Array (Int,Int) c
opMatriz3 f p q = 
  listArray (bounds p) (zipWith f (elems p) (elems q))

import Data.Array

-- 1ª solución

opMatriz :: (a -> b -> c) ->

Array (Int,Int) a -> Array (Int,Int) b -> Array (Int,Int) c

opMatriz f p q =

array (bounds p) [(k, f (p!k) (q!k)) | k <- indices p]

-- 2ª solución

opMatriz2 :: (a -> b -> c) ->

Array (Int,Int) a -> Array (Int,Int) b -> Array (Int,Int) c

opMatriz2 f p q =

listArray (bounds p) [f x y | (x,y) <- zip (elems p) (elems q)]

-- 3ª solución

opMatriz3 :: (a -> b -> c) ->

Array (Int,Int) a -> Array (Int,Int) b -> Array (Int,Int) c

opMatriz3 f p q =

listArray (bounds p) (zipWith f (elems p) (elems q))

Números tetranacci

PorJosé A. Alonso 27-marzo-201826-marzo-2022

Los números tetranacci son una generalización de los números de Fibonacci definidos por

   T(0) = 0,
   T(1) = 1,
   T(2) = 1,
   T(3) = 2, 
   T(n) = T(n-1) + T(n-2) + T(n-3) + T(n-4), para n > 3.

T(0) = 0,

T(1) = 1,

T(2) = 1,

T(3) = 2,

T(n) = T(n-1) + T(n-2) + T(n-3) + T(n-4), para n > 3.

Los primeros números tetranacci son

   0, 1, 1, 2, 4, 8, 15, 29, 56, 108, 208

1	0, 1, 1, 2, 4, 8, 15, 29, 56, 108, 208

Definir las funciones

   tetranacci        :: Int -> Integer
   graficaTetranacci :: Int -> IO ()

1 2	tetranacci :: Int -> Integer graficaTetranacci :: Int -> IO ()

tales que

(tetranacci n) es el n-ésimo número tetranacci. Por ejemplo,

     λ> tetranacci 10
     208
     λ> map tetranacci [0..10]
     [0,1,1,2,4,8,15,29,56,108,208]
     λ> length (show (tetranacci5 (10^5)))
     28501

λ> tetranacci 10

208

λ> map tetranacci [0..10]

[0,1,1,2,4,8,15,29,56,108,208]

λ> length (show (tetranacci5 (10^5)))

28501

(graficaTetranacci n) dibuja la gráfica de los cocientes de n primeros pares de número tetranacci. Por ejemplo, (graficaTetranacci 300) dibuja

Soluciones

import Data.List (zipWith4)
import Data.Array
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª solución (por recursión) 
-- ===========================

tetranacci :: Int -> Integer
tetranacci 0 = 0
tetranacci 1 = 1
tetranacci 2 = 1
tetranacci 3 = 2
tetranacci n =
  tetranacci (n-1) + tetranacci (n-2) + tetranacci (n-3) + tetranacci (n-4) 

-- 2ª solución (programación dinámica con zipWith4)
-- ================================================

tetranacci2 :: Int -> Integer
tetranacci2 n = tetranaccis2 !! n

tetranaccis2 :: [Integer]
tetranaccis2 = 
    0 : 1 : 1 : 2 : zipWith4 f (r 0) (r 1) (r 2) (r 3)
    where f a b c d = a+b+c+d
          r n       = drop n tetranaccis2

-- 3ª solución (con acumuladores)
-- ==============================

tetranacci3 :: Int -> Integer
tetranacci3 n = tetranaccis3 !! n

tetranaccis3 :: [Integer]
tetranaccis3 = p (0, 1, 1, 2)
    where p (a, b, c, d) = a : p (b, c, d, a + b + c + d)

-- 4ª solución
-- =============

tetranacci4 :: Int -> Integer
tetranacci4 n = tetranaccis4 !! n

tetranaccis4 :: [Integer]
tetranaccis4 = 0 : 1 : 1 : 2 : p tetranaccis4
   where p (a:b:c:d:xs) = (a+b+c+d): p (b:c:d:xs)

-- 5ª solución (programación dinámica con vectores)
-- ================================================

tetranacci5 :: Int -> Integer
tetranacci5 n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 0
  f 1 = 1
  f 2 = 1
  f 3 = 2
  f k = v!(k-1) + v!(k-2) + v!(k-3) + v!(k-4) 

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

--    λ> tetranacci 26
--    7555935
--    (3.04 secs, 1,649,520,064 bytes)
--    λ> tetranacci2 26
--    7555935
--    (0.00 secs, 148,064 bytes)
-- 
--    λ> length (show (tetranacci2 (10^5)))
--    28501
--    (1.22 secs, 1,844,457,288 bytes)
--    λ> length (show (tetranacci3 (10^5)))
--    28501
--    (0.88 secs, 1,860,453,968 bytes)
--    λ> length (show (tetranacci4 (10^5)))
--    28501
--    (0.77 secs, 1,882,852,168 bytes)
--    λ> length (show (tetranacci5 (10^5)))
--    28501
--    (0.72 secs, 1,905,707,408 bytes)

-- Gráfica
-- =======

graficaTetranacci :: Int -> IO ()
graficaTetranacci n =
  plotList [ Key Nothing
           , Title "Tasa de crecimiento de los numeros tetranacci"
           , PNG ("Numeros_tetranacci_" ++ show n ++ ".png")
           ]
           (take n (zipWith (/) (tail xs) xs))
  where xs = (map fromIntegral tetranaccis4) :: [Double]

import Data.List (zipWith4)

import Data.Array

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª solución (por recursión)

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

tetranacci :: Int -> Integer

tetranacci 0 = 0

tetranacci 1 = 1

tetranacci 2 = 1

tetranacci 3 = 2

tetranacci n =

tetranacci (n-1) + tetranacci (n-2) + tetranacci (n-3) + tetranacci (n-4)

-- 2ª solución (programación dinámica con zipWith4)

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

tetranacci2 :: Int -> Integer

tetranacci2 n = tetranaccis2 !! n

tetranaccis2 :: [Integer]

tetranaccis2 =

0 : 1 : 1 : 2 : zipWith4 f (r 0) (r 1) (r 2) (r 3)

where f a b c d = a+b+c+d

r n = drop n tetranaccis2

-- 3ª solución (con acumuladores)

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

tetranacci3 :: Int -> Integer

tetranacci3 n = tetranaccis3 !! n

tetranaccis3 :: [Integer]

tetranaccis3 = p (0, 1, 1, 2)

where p (a, b, c, d) = a : p (b, c, d, a + b + c + d)

-- 4ª solución

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

tetranacci4 :: Int -> Integer

tetranacci4 n = tetranaccis4 !! n

tetranaccis4 :: [Integer]

tetranaccis4 = 0 : 1 : 1 : 2 : p tetranaccis4

where p (a:b:c:d:xs) = (a+b+c+d): p (b:c:d:xs)

-- 5ª solución (programación dinámica con vectores)

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

tetranacci5 :: Int -> Integer

tetranacci5 n = v ! n where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

f 0 = 0

f 1 = 1

f 2 = 1

f 3 = 2

f k = v!(k-1) + v!(k-2) + v!(k-3) + v!(k-4)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> tetranacci 26

-- 7555935

-- (3.04 secs, 1,649,520,064 bytes)

-- λ> tetranacci2 26

-- 7555935

-- (0.00 secs, 148,064 bytes)

-- λ> length (show (tetranacci2 (10^5)))

-- 28501

-- (1.22 secs, 1,844,457,288 bytes)

-- λ> length (show (tetranacci3 (10^5)))

-- 28501

-- (0.88 secs, 1,860,453,968 bytes)

-- λ> length (show (tetranacci4 (10^5)))

-- 28501

-- (0.77 secs, 1,882,852,168 bytes)

-- λ> length (show (tetranacci5 (10^5)))

-- 28501

-- (0.72 secs, 1,905,707,408 bytes)

-- Gráfica

-- =======

graficaTetranacci :: Int -> IO ()

graficaTetranacci n =

plotList [ Key Nothing

, Title "Tasa de crecimiento de los numeros tetranacci"

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

]

(take n (zipWith (/) (tail xs) xs))

where xs = (map fromIntegral tetranaccis4) :: [Double]

Matrices de Pascal

PorJosé A. Alonso 9-marzo-201816-marzo-2018

El triángulo de Pascal es un triángulo de números

         1
        1 1
       1 2 1
     1  3 3  1
    1 4  6  4 1
   1 5 10 10 5 1
  ...............

1 1

1 2 1

1 3 3 1

1 4 6 4 1

1 5 10 10 5 1

...............

construido de la siguiente forma

la primera fila está formada por el número 1;
las filas siguientes se construyen sumando los números adyacentes de la fila superior y añadiendo un 1 al principio y al final de la fila.

La matriz de Pascal es la matriz cuyas filas son los elementos de la
correspondiente fila del triángulo de Pascal completadas con ceros. Por ejemplo, la matriz de Pascal de orden 6 es

   |1 0  0  0 0 0|
   |1 1  0  0 0 0|
   |1 2  1  0 0 0|
   |1 3  3  1 0 0|
   |1 4  6  4 1 0|
   |1 5 10 10 5 1|

|1 0 0 0 0 0|

|1 1 0 0 0 0|

|1 2 1 0 0 0|

|1 3 3 1 0 0|

|1 4 6 4 1 0|

|1 5 10 10 5 1|

Definir la función

   matrizPascal :: Int -> Matrix Integer

1	matrizPascal :: Int -> Matrix Integer

tal que (matrizPascal n) es la matriz de Pascal de orden n. Por ejemplo,

   λ> matrizPascal 6
   (  1  0  0  0  0  0 )
   (  1  1  0  0  0  0 )
   (  1  2  1  0  0  0 )
   (  1  3  3  1  0  0 )
   (  1  4  6  4  1  0 )
   (  1  5 10 10  5  1 )

λ> matrizPascal 6

( 1 0 0 0 0 0 )

( 1 1 0 0 0 0 )

( 1 2 1 0 0 0 )

( 1 3 3 1 0 0 )

( 1 4 6 4 1 0 )

( 1 5 10 10 5 1 )

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª solución
-- ===========

matrizPascal :: Int -> Matrix Integer 
matrizPascal 1 = fromList 1 1 [1]
matrizPascal n = matrix n n f 
  where f (i,j) | i < n && j <  n  = p!(i,j)
                | i < n && j == n  = 0
                | j == 1 || j == n = 1
                | otherwise        = p!(i-1,j-1) + p!(i-1,j)
        p = matrizPascal (n-1)

-- 2ª solución
-- ===========

matrizPascal2 :: Int -> Matrix Integer
matrizPascal2 n = fromLists xss
  where yss = take n pascal
        xss = map (take n) (map (++ repeat 0) yss)
        
pascal :: [[Integer]]
pascal = [1] : map f pascal
    where f xs = zipWith (+) (0:xs) (xs ++ [0])

-- 3ª solución
-- ===========

matrizPascal3 :: Int -> Matrix Integer
matrizPascal3 n =  matrix n n f
  where f (i,j) | i >=  j   = comb (i-1) (j-1)
                | otherwise = 0

-- (comb n k) es el número de combinaciones (o coeficiente binomial) de
-- n sobre k. Por ejemplo,
comb :: Int -> Int -> Integer
comb n k = product [n',n'-1..n'-k'+1] `div` product [1..k']
  where n' = fromIntegral n
        k' = fromIntegral k

-- 4ª solución
-- ===========

matrizPascal4 :: Int -> Matrix Integer
matrizPascal4 n = p
  where p = matrix n n (\(i,j) -> f i j)
        f i 1 = 1
        f i j
          | j >  i    = 0
          | i == j    = 1
          | otherwise = p!(i-1,j) + p!(i-1,j-1)

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

--    λ> maximum (matrizPascal 150)
--    46413034868354394849492907436302560970058760
--    (2.58 secs, 394,030,504 bytes)
--    λ> maximum (matrizPascal2 150)
--    46413034868354394849492907436302560970058760
--    (0.03 secs, 8,326,784 bytes)
--    λ> maximum (matrizPascal3 150)
--    46413034868354394849492907436302560970058760
--    (0.38 secs, 250,072,360 bytes)
--    λ> maximum (matrizPascal4 150)
--    46413034868354394849492907436302560970058760
--    (0.10 secs, 13,356,360 bytes)
--    
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal2 300)))
--    89
--    (0.06 secs, 27,286,296 bytes)
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal3 300)))
--    89
--    (2.74 secs, 2,367,037,536 bytes)
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal4 300)))
--    89
--    (0.36 secs, 53,934,792 bytes)
--    
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal2 700)))
--    209
--    (0.83 secs, 207,241,080 bytes)
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal4 700)))
--    209
--    (2.22 secs, 311,413,008 bytes)

import Data.Matrix

-- 1ª solución

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

matrizPascal :: Int -> Matrix Integer

matrizPascal 1 = fromList 1 1 [1]

matrizPascal n = matrix n n f

where f (i,j) | i < n && j < n = p!(i,j)

| i < n && j == n = 0

| j == 1 || j == n = 1

| otherwise = p!(i-1,j-1) + p!(i-1,j)

p = matrizPascal (n-1)

-- 2ª solución

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

matrizPascal2 :: Int -> Matrix Integer

matrizPascal2 n = fromLists xss

where yss = take n pascal

xss = map (take n) (map (++ repeat 0) yss)

pascal :: [[Integer]]

pascal = [1] : map f pascal

where f xs = zipWith (+) (0:xs) (xs ++ [0])

-- 3ª solución

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

matrizPascal3 :: Int -> Matrix Integer

matrizPascal3 n = matrix n n f

where f (i,j) | i >= j = comb (i-1) (j-1)

| otherwise = 0

-- (comb n k) es el número de combinaciones (o coeficiente binomial) de

-- n sobre k. Por ejemplo,

comb :: Int -> Int -> Integer

comb n k = product [n',n'-1..n'-k'+1] `div` product [1..k']

where n' = fromIntegral n

k' = fromIntegral k

-- 4ª solución

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

matrizPascal4 :: Int -> Matrix Integer

matrizPascal4 n = p

where p = matrix n n (\(i,j) -> f i j)

f i 1 = 1

f i j

| j > i = 0

| i == j = 1

| otherwise = p!(i-1,j) + p!(i-1,j-1)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> maximum (matrizPascal 150)

-- 46413034868354394849492907436302560970058760

-- (2.58 secs, 394,030,504 bytes)

-- λ> maximum (matrizPascal2 150)

-- 46413034868354394849492907436302560970058760

-- (0.03 secs, 8,326,784 bytes)

-- λ> maximum (matrizPascal3 150)

-- 46413034868354394849492907436302560970058760

-- (0.38 secs, 250,072,360 bytes)

-- λ> maximum (matrizPascal4 150)

-- 46413034868354394849492907436302560970058760

-- (0.10 secs, 13,356,360 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal2 300)))

-- 89

-- (0.06 secs, 27,286,296 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal3 300)))

-- 89

-- (2.74 secs, 2,367,037,536 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal4 300)))

-- 89

-- (0.36 secs, 53,934,792 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal2 700)))

-- 209

-- (0.83 secs, 207,241,080 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal4 700)))

-- 209

-- (2.22 secs, 311,413,008 bytes)

Cálculo de pi mediante la serie de Nilakantha

Soluciones

Árbol de subconjuntos

Soluciones

Operaciones binarias con matrices

Soluciones

Números tetranacci

Soluciones

Matrices de Pascal

Soluciones

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