I1M2014: Cálculo del número pi mediante el método de Montecarlo

En la segunda parte de la clase de hoy de Informática de 1º del Grado en Matemáticas hemos comentado las soluciones a los ejercicios de la relación 38 sobre el uso de números aleatorios para calcular el número π mediante el método de Montecarlo.

Los ejercicios y su solución se muestran a continuación

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-- § Introducción                                                     --
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-- El objetivo de esta relación de ejercicios es el uso de los números
-- aleatorios para calcular el número pi mediante el método de
-- Montecarlo. Un ejemplo del método se puede leer en el artículo de
-- Pablo Rodríguez "Calculando Pi con gotas de lluvia" que se encuentra
-- en http://bit.ly/1cNfSR0 

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-- § Librerías auxiliares                                             --
-- ---------------------------------------------------------------------

import System.Random
import System.IO.Unsafe

-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 1. Definir la función
--    aleatorio :: Random t => t -> t -> t
-- tal que (aleatorio a b) es un número aleatorio entre a y b. Por
-- ejemplo, 
--    ghci> aleatorio 0 1000
--    681
--    ghci> aleatorio 0 1000
--    66
-- ---------------------------------------------------------------------

aleatorio :: Random t => t -> t -> t
aleatorio a b = unsafePerformIO $ 
                getStdRandom (randomR (a,b))

-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 2. Definir la función
--    aleatorios :: Random t => t -> t -> [t]
-- (aleatorios m n) es una lista infinita de números aleatorios entre m y
-- n. Por ejemplo, 
--    ghci> take 20 (aleatorios 2 9)
--    [6,5,3,9,6,3,6,6,2,7,9,6,8,6,2,4,2,6,9,4]
--    ghci> take 20 (aleatorios 2 9)
--    [3,7,7,5,7,7,5,8,6,4,7,2,8,8,2,8,7,6,5,5]
-- ---------------------------------------------------------------------

aleatorios :: Random t => t -> t -> [t]
aleatorios m n = aleatorio m n : aleatorios m n

-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 3. Definir la función
--    puntosDelCuadrado :: [(Double,Double)]
-- tal que puntosDelCuadrado es una lista infinita de puntos del
-- cuadrado de vértices opuestos (-1,-1) y (1,1). Por ejemplo,
--    ghci> take 3 puntosDelCuadrado
--    [(0.5389481918223398,0.9385662370820778),
--     (-0.419123718392838,0.9982440984579455),
--     (0.5610432040657063,-0.7648360614536891)]
-- ---------------------------------------------------------------------

puntosDelCuadrado :: [(Double,Double)]
puntosDelCuadrado = zip (aleatorios (-1.0) 1.0) (aleatorios (-1.0) 1.0) 

-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 4. Definir la función
--    puntosEnElCirculo :: [(Double,Double)] -> Int
-- tal que (puntosEnElCirculo xs) es el número de puntos de la lista xs
-- que están en el círculo de centro (0,0) y radio 1.
--    ghci> puntosEnElCirculo [(1,0), (0.5,0.9), (0.2,-0.3)]
--    2
-- ---------------------------------------------------------------------

puntosEnElCirculo :: [(Double,Double)] -> Int
puntosEnElCirculo xs = length [(x,y) | (x,y) <- xs, x^2+y^2 <= 1]

-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 5. Definir la función
--    calculoDePi :: Int -> Double
-- tal que (calculoDePi n) es el cálculo del número pi usando n puntos
-- aleatorios (la probabilidad de que estén en el círculo es pi/4). Por
-- ejemplo, 
--    ghci> calculoDePi 1000
--    3.076
--    ghci> calculoDePi 10000
--    3.11
--    ghci> calculoDePi 100000
--    3.13484
-- ---------------------------------------------------------------------

calculoDePi :: Int -> Double
calculoDePi n = 4 * enCirculo / total
    where xs        = take n puntosDelCuadrado
          enCirculo = fromIntegral (puntosEnElCirculo xs)
          total     = fromIntegral n

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-- § Introducción --

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-- El objetivo de esta relación de ejercicios es el uso de los números

-- aleatorios para calcular el número pi mediante el método de

-- Montecarlo. Un ejemplo del método se puede leer en el artículo de

-- Pablo Rodríguez "Calculando Pi con gotas de lluvia" que se encuentra

-- en http://bit.ly/1cNfSR0

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-- § Librerías auxiliares --

-- ---------------------------------------------------------------------

import System.Random

import System.IO.Unsafe

-- ---------------------------------------------------------------------

-- Ejercicio 1. Definir la función

-- aleatorio :: Random t => t -> t -> t

-- tal que (aleatorio a b) es un número aleatorio entre a y b. Por

-- ejemplo,

-- ghci> aleatorio 0 1000

-- 681

-- ghci> aleatorio 0 1000

-- 66

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aleatorio :: Random t => t -> t -> t

aleatorio a b = unsafePerformIO $

getStdRandom (randomR (a,b))

-- ---------------------------------------------------------------------

-- Ejercicio 2. Definir la función

-- aleatorios :: Random t => t -> t -> [t]

-- (aleatorios m n) es una lista infinita de números aleatorios entre m y

-- n. Por ejemplo,

-- ghci> take 20 (aleatorios 2 9)

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

-- ghci> take 20 (aleatorios 2 9)

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

-- ---------------------------------------------------------------------

aleatorios :: Random t => t -> t -> [t]

aleatorios m n = aleatorio m n : aleatorios m n

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-- Ejercicio 3. Definir la función

-- puntosDelCuadrado :: [(Double,Double)]

-- tal que puntosDelCuadrado es una lista infinita de puntos del

-- cuadrado de vértices opuestos (-1,-1) y (1,1). Por ejemplo,

-- ghci> take 3 puntosDelCuadrado

-- [(0.5389481918223398,0.9385662370820778),

-- (-0.419123718392838,0.9982440984579455),

-- (0.5610432040657063,-0.7648360614536891)]

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puntosDelCuadrado :: [(Double,Double)]

puntosDelCuadrado = zip (aleatorios (-1.0) 1.0) (aleatorios (-1.0) 1.0)

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-- Ejercicio 4. Definir la función

-- puntosEnElCirculo :: [(Double,Double)] -> Int

-- tal que (puntosEnElCirculo xs) es el número de puntos de la lista xs

-- que están en el círculo de centro (0,0) y radio 1.

-- ghci> puntosEnElCirculo [(1,0), (0.5,0.9), (0.2,-0.3)]

-- 2

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puntosEnElCirculo :: [(Double,Double)] -> Int

puntosEnElCirculo xs = length [(x,y) | (x,y) <- xs, x^2+y^2 <= 1]

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-- Ejercicio 5. Definir la función

-- calculoDePi :: Int -> Double

-- tal que (calculoDePi n) es el cálculo del número pi usando n puntos

-- aleatorios (la probabilidad de que estén en el círculo es pi/4). Por

-- ejemplo,

-- ghci> calculoDePi 1000

-- 3.076

-- ghci> calculoDePi 10000

-- 3.11

-- ghci> calculoDePi 100000

-- 3.13484

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calculoDePi :: Int -> Double

calculoDePi n = 4 * enCirculo / total

where xs = take n puntosDelCuadrado

enCirculo = fromIntegral (puntosEnElCirculo xs)

total = fromIntegral n

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