I1M2017: Relaciones binarias homogéneas con la librería de conjuntos de Haskell
En la primera part de la clase de hoy de Informática de 1º del Grado en Matemáticas hemos comentado las soluciones a los ejercicios de la relación 32 sobre relaciones binarias homogéneas usando la librería Data.Set de Haskell.
Los ejercicios y su solución se muestran a continuación
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 |
-- --------------------------------------------------------------------- -- § Pragmas -- -- --------------------------------------------------------------------- {-# LANGUAGE TypeSynonymInstances, FlexibleInstances #-} -- --------------------------------------------------------------------- -- § Librerías auxiliares -- -- --------------------------------------------------------------------- import Test.QuickCheck import Data.Set -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 1. Una relación binaria R sobre un conjunto A puede -- representar mediante un par (xs,ps) donde xs es el conjunto de los -- elementos de A (el universo de R) y ps es el conjunto de pares de R -- (el grafo de R). Definir el tipo de dato (Rel a) para representar las -- relaciones binarias sobre a. -- --------------------------------------------------------------------- type Rel a = (Set a, Set (a,a)) -- --------------------------------------------------------------------- -- Nota. En los ejemplos usaremos las siguientes relaciones binarias: -- r1, r2, r3 :: Rel Int -- r1 = (fromList [1..9],fromList [(1,3), (2,6), (8,9), (2,7)]) -- r2 = (fromList [1..9],fromList [(1,3), (2,6), (8,9), (3,7)]) -- r3 = (fromList [1..9],fromList [(1,3), (2,6), (8,9), (3,6)]) -- --------------------------------------------------------------------- r1, r2, r3 :: Rel Int r1 = (fromList [1..9],fromList [(1,3), (2,6), (8,9), (2,7)]) r2 = (fromList [1..9],fromList [(1,3), (2,6), (8,9), (3,7)]) r3 = (fromList [1..9],fromList [(1,3), (2,6), (8,9), (3,6)]) -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 2. Definir la función -- universo :: Ord a => Rel a -> Set a -- tal que (universo r) es el universo de la relación r. Por ejemplo, -- universo r1 == fromList [1,2,3,4,5,6,7,8,9] -- --------------------------------------------------------------------- universo :: Ord a => Rel a -> Set a universo (u,_) = u -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 3. Definir la función -- grafo :: Ord a => Rel a -> [(a,a)] -- tal que (grafo r) es el grafo de la relación r. Por ejemplo, -- grafo r1 == fromList [(1,3),(2,6),(2,7),(8,9)] -- --------------------------------------------------------------------- grafo :: Ord a => Rel a -> Set (a,a) grafo (_,g) = g -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 4. Definir la función -- reflexiva :: Ord a => Rel a -> Bool -- tal que (reflexiva r) se verifica si la relación r es reflexiva. Por -- ejemplo, -- ghci> reflexiva (fromList [1,3], fromList [(1,1),(1,3),(3,3)]) -- True -- ghci> reflexiva (fromList [1,2,3], fromList [(1,1),(1,3),(3,3)]) -- False -- --------------------------------------------------------------------- reflexiva :: Ord a => Rel a -> Bool reflexiva (u,g) = and [(x,x) `member` g | x <- elems u] -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 5. Definir la función -- simetrica :: Ord a => Rel a -> Bool -- tal que (simetrica r) se verifica si la relación r es simétrica. Por -- ejemplo, -- ghci> simetrica (fromList [1,3], fromList [(1,1),(1,3),(3,1)]) -- True -- ghci> simetrica (fromList [1,3], fromList [(1,1),(1,3),(3,2)]) -- False -- ghci> simetrica (fromList [1,3], fromList []) -- True -- --------------------------------------------------------------------- simetrica :: Ord a => Rel a -> Bool simetrica (u,g) = and [(y,x) `member` g | (x,y) <- elems g] -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 6. Definir la función -- subconjunto :: Ord a => Set a -> Set a -> Bool -- tal que (subconjunto c1 c2) se verifica si c1 es un subconjunto de -- c2. Por ejemplo, -- subconjunto (fromList [1,3]) (fromList [3,1,5]) == True -- subconjunto (fromList [3,1,5]) (fromList [1,3]) == False -- --------------------------------------------------------------------- subconjunto :: Ord a => Set a -> Set a -> Bool subconjunto = isSubsetOf -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 7. Definir la función -- composicion :: Ord a => Rel a -> Rel a -> Rel a -- tal que (composicion r s) es la composición de las relaciones r y -- s. Por ejemplo, -- ghci> let r1 = (fromList [1,2], fromList [(1,2),(2,2)]) -- ghci> let r2 = (fromList [1,2], fromList [(2,1)]) -- ghci> let r3 = (fromList [1,2], fromList [(1,1)]) -- ghci> composicion r1 r2 -- (fromList [1,2],fromList [(1,1),(2,1)]) -- ghci> composicion r1 r3 -- (fromList [1,2,3,4,5,6,7,8,9],fromList []) -- --------------------------------------------------------------------- composicion :: Ord a => Rel a -> Rel a -> Rel a composicion (u,g1) (_,g2) = (u,fromList [(x,z) | (x,y1) <- elems g1, (y2,z) <- elems g2, y1 == y2]) -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 8. Definir la función -- transitiva :: Ord a => Rel a -> Bool -- tal que (transitiva r) se verifica si la relación r es transitiva. -- Por ejemplo, -- ghci> transitiva (fromList [1,3,5],fromList [(1,1),(1,3),(3,1),(3,3),(5,5)]) -- True -- ghci> transitiva (fromList [1,3,5],fromList [(1,1),(1,3),(3,1),(5,5)]) -- False -- --------------------------------------------------------------------- transitiva :: Ord a => Rel a -> Bool transitiva r@(u,g) = isSubsetOf (grafo (composicion r r)) g -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 9. Definir la función -- esEquivalencia :: Ord a => Rel a -> Bool -- tal que (esEquivalencia r) se verifica si la relación r es de -- equivalencia. Por ejemplo, -- ghci> esEquivalencia (fromList [1,3,5], -- fromList [(1,1),(1,3),(3,1),(3,3),(5,5)]) -- True -- ghci> esEquivalencia (fromList [1,2,3,5], -- fromList [(1,1),(1,3),(3,1),(3,3),(5,5)]) -- False -- ghci> esEquivalencia (fromList [1,3,5], -- fromList [(1,1),(1,3),(3,3),(5,5)]) -- False -- --------------------------------------------------------------------- esEquivalencia :: Ord a => Rel a -> Bool esEquivalencia r = reflexiva r && simetrica r && transitiva r -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 10. Definir la función -- irreflexiva :: Ord a => Rel a -> Bool -- tal que (irreflexiva r) se verifica si la relación r es irreflexiva; -- es decir, si ningún elemento de su universo está relacionado con -- él mismo. Por ejemplo, -- ghci> irreflexiva (fromList [1,2,3],fromList [(1,2),(2,1),(2,3)]) -- True -- ghci> irreflexiva (fromList [1,2,3],fromList [(1,2),(2,1),(3,3)]) -- False -- --------------------------------------------------------------------- irreflexiva :: Ord a => Rel a -> Bool irreflexiva (u,g) = and [(x,x) `notMember` g | x <- elems u] -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 11. Definir la función -- antisimetrica :: Ord a => Rel a -> Bool -- tal que (antisimetrica r) se verifica si la relación r es -- antisimétrica; es decir, si (x,y) e (y,x) están relacionado, entonces -- x=y. Por ejemplo, -- antisimetrica (fromList [1,2],fromList [(1,2)]) == True -- antisimetrica (fromList [1,2],fromList [(1,2),(2,1)]) == False -- antisimetrica (fromList [1,2],fromList [(1,1),(2,1)]) == True -- --------------------------------------------------------------------- antisimetrica :: Ord a => Rel a -> Bool antisimetrica (_,g) = [(x,y) | (x,y) <- elems g, x /= y, (y,x) `member` g] == [] -- Otra definición es antisimetrica2 :: Ord a => Rel a -> Bool antisimetrica2 (u,g) = and [((x,y) `member` g && (y,x) `member` g) --> (x == y) | x <- elems u, y <- elems u] where p --> q = not p || q -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 12. Definir la función -- total :: Ord a => Rel a -> Bool -- tal que (total r) se verifica si la relación r es total; es decir, si -- para cualquier par x, y de elementos del universo de r, se tiene que -- x está relacionado con y ó y etá relacionado con x. Por ejemplo, -- total (fromList [1,3],fromList [(1,1),(3,1),(3,3)]) == True -- total (fromList [1,3],fromList [(1,1),(3,1)]) == False -- total (fromList [1,3],fromList [(1,1),(3,3)]) == False -- --------------------------------------------------------------------- total :: Ord a => Rel a -> Bool total (u,g) = and [(x,y) `member` g || (y,x) `member` g | x <- xs, y <- xs] where xs = elems u -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 13. Comprobar con QuickCheck que las relaciones totales son -- reflexivas. -- --------------------------------------------------------------------- prop_total_reflexiva :: Rel Int -> Property prop_total_reflexiva r = total r ==> reflexiva r -- La comprobación es -- ghci> quickCheck prop_total_reflexiva -- *** *** Gave up! Passed only 77 tests. -- --------------------------------------------------------------------- -- § Clausuras -- -- --------------------------------------------------------------------- -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 14. Definir la función -- clausuraReflexiva :: Ord a => Rel a -> Rel a -- tal que (clausuraReflexiva r) es la clausura reflexiva de r; es -- decir, la menor relación reflexiva que contiene a r. Por ejemplo, -- ghci> clausuraReflexiva (fromList [1,3], fromList [(1,1),(3,1)]) -- (fromList [1,3],fromList [(1,1),(3,1),(3,3)]) -- --------------------------------------------------------------------- clausuraReflexiva :: Ord a => Rel a -> Rel a clausuraReflexiva (u,g) = (u, g `union` fromList [(x,x) | x <- elems u]) -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 15. Comprobar con QuickCheck que clausuraReflexiva es -- reflexiva. -- --------------------------------------------------------------------- prop_ClausuraReflexiva :: Rel Int -> Bool prop_ClausuraReflexiva r = reflexiva (clausuraReflexiva r) -- La comprobación es -- ghci> quickCheck prop_ClausuraReflexiva -- +++ OK, passed 100 tests. -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 16. Definir la función -- clausuraSimetrica :: Ord a => Rel a -> Rel a -- tal que (clausuraSimetrica r) es la clausura simétrica de r; es -- decir, la menor relación simétrica que contiene a r. Por ejemplo, -- ghci> clausuraSimetrica (fromList [1,3,5],fromList [(1,1),(3,1),(1,5)]) -- (fromList [1,3,5],fromList [(1,1),(1,3),(1,5),(3,1),(5,1)]) -- --------------------------------------------------------------------- clausuraSimetrica :: Ord a => Rel a -> Rel a clausuraSimetrica (u,g) = (u, g `union` fromList [(y,x) | (x,y) <- elems g]) -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 17. Comprobar con QuickCheck que clausuraSimetrica es -- simétrica. -- --------------------------------------------------------------------- prop_ClausuraSimetrica :: Rel Int -> Bool prop_ClausuraSimetrica r = simetrica (clausuraSimetrica r) -- La comprobación es -- ghci> quickCheck prop_ClausuraSimetrica -- +++ OK, passed 100 tests. -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 18. Definir la función -- clausuraTransitiva :: Ord a => Rel a -> Rel a -- tal que (clausuraTransitiva r) es la clausura transitiva de r; es -- decir, la menor relación transitiva que contiene a r. Por ejemplo, -- ghci> clausuraTransitiva (fromList [1..6],fromList [(1,2),(2,5),(5,6)]) -- (fromList [1,2,3,4,5,6],fromList [(1,2),(1,5),(1,6),(2,5),(2,6),(5,6)]) -- --------------------------------------------------------------------- clausuraTransitiva :: Ord a => Rel a -> Rel a clausuraTransitiva (u,g) = (u, aux g) where aux r | cerradoTr r = r | otherwise = aux (r `union` comp r r) cerradoTr r = isSubsetOf (comp r r) r comp r s = fromList [(x,z) | (x,y1) <- elems r, (y2,z) <- elems s, y1 == y2] -- --------------------------------------------------------------------- -- Ejercicio 19. Comprobar con QuickCheck que clausuraTransitiva es -- transitiva. -- --------------------------------------------------------------------- prop_ClausuraTransitiva :: Rel Int -> Bool prop_ClausuraTransitiva r = transitiva (clausuraTransitiva r) -- La comprobación es -- ghci> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=7}) prop_ClausuraTransitiva -- +++ OK, passed 100 tests. -- --------------------------------------------------------------------- -- § Generador de relaciones -- -- --------------------------------------------------------------------- -- genSet es un generador de relaciones binarias. Por ejemplo, -- ghci> sample genRel -- (fromList [0],fromList []) -- (fromList [-1,1],fromList [(-1,1)]) -- (fromList [-3,-2],fromList []) -- (fromList [-2,0,1,6],fromList [(0,0),(6,0)]) -- (fromList [-7,0,2],fromList [(-7,0),(2,0)]) -- (fromList [2,11],fromList [(2,2),(2,11),(11,2),(11,11)]) -- (fromList [-4,-2,1,4,5],fromList [(1,-2),(1,1),(1,5)]) -- (fromList [-4,-3,-2,6,7],fromList [(-3,-4),(7,-3),(7,-2)]) -- (fromList [-9,-7,0,10],fromList [(10,-9)]) -- (fromList [-10,3,8,10],fromList [(3,3),(10,-10)]) -- (fromList [-10,-9,-7,-6,-5,-4,-2,8,12],fromList []) genRel :: (Arbitrary a, Integral a) => Gen (Rel a) genRel = do xs <- listOf1 arbitrary ys <- listOf (elements [(x,y) | x <- xs, y <- xs]) return (fromList xs, fromList ys) instance (Arbitrary a, Integral a) => Arbitrary (Rel a) where arbitrary = genRel |