En el problema de las jarras (A,B,C) se tienen dos jarras sin marcas de medición, una de A litros de capacidad y otra de B. También se dispone de una bomba que permite llenar las jarras de agua.

El problema de las jarras (A,B,C) consiste en determinar cómo se puede lograr tener exactamente C litros de agua en la jarra de A litros de capacidad.

Definir, mediante búsqueda en espacio de estados, la función

jarras :: (Int,Int,Int) -> [[(Int,Int)]]

tal (jarras (a,b,c)) es la lista de las soluciones del problema de las jarras (a,b,c). Por ejemplo,

λ> take 2 (map snd (sort [(length xs,xs) | xs <- jarras (4,3,2)]))
[[(0,0),(0,3),(3,0),(3,3),(4,2),(0,2),(2,0)],
 [(0,0),(4,0),(1,3),(1,0),(0,1),(4,1),(2,3)]]

La interpretación [(0,0),(4,0),(1,3),(1,0),(0,1),(4,1),(2,3)] es:

• (0,0) se inicia con las dos jarras vacías,
• (4,0) se llena la jarra de 4 con el grifo,
• (1,3) se llena la de 3 con la de 4,
• (1,0) se vacía la de 3,
• (0,1) se pasa el contenido de la primera a la segunda,
• (4,1) se llena la primera con el grifo,
• (2,3) se llena la segunda con la primera.

Otros ejemplos

λ> (snd . head . sort) [(length xs,xs) | xs <- jarras (15,10,5)]
[(0,0),(15,0),(5,10)]
λ> jarras (15,10,4)
[]

Nota: Las librerías necesarias se encuentran en la página de códigos.

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Las fichas del dominó se pueden representar por pares de números enteros. El problema del dominó consiste en colocar todas las fichas de una lista dada de forma que el segundo número de cada ficha coincida con el primero de la siguiente.

Definir, mediante búsqueda en espacio de estados, la función

domino :: [(Int,Int)] -> [[(Int,Int)]]

tal que (domino fs) es la lista de las soluciones del problema del dominó correspondiente a las fichas fs. Por ejemplo,

λ> domino [(1,2),(2,3),(1,4)]
[[(4,1),(1,2),(2,3)],[(3,2),(2,1),(1,4)]]
λ> domino [(1,2),(1,1),(1,4)]
[[(4,1),(1,1),(1,2)],[(2,1),(1,1),(1,4)]]
λ> domino [(1,2),(3,4),(2,3)]
[[(1,2),(2,3),(3,4)]]
λ> domino [(1,2),(2,3),(5,4)]
[]
λ> domino [(x,y) | x <- [1..2], y <- [x..2]]
[[(2,2),(2,1),(1,1)],[(1,1),(1,2),(2,2)]]
λ> [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]]
[(1,1),(1,2),(1,3),(2,2),(2,3),(3,3)]
λ> mapM_ print (domino [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]])
[(1,3),(3,3),(3,2),(2,2),(2,1),(1,1)]
[(1,2),(2,2),(2,3),(3,3),(3,1),(1,1)]
[(2,2),(2,3),(3,3),(3,1),(1,1),(1,2)]
[(3,3),(3,2),(2,2),(2,1),(1,1),(1,3)]
[(2,3),(3,3),(3,1),(1,1),(1,2),(2,2)]
[(2,1),(1,1),(1,3),(3,3),(3,2),(2,2)]
[(3,3),(3,1),(1,1),(1,2),(2,2),(2,3)]
[(3,2),(2,2),(2,1),(1,1),(1,3),(3,3)]
[(3,1),(1,1),(1,2),(2,2),(2,3),(3,3)]
λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..4], y <- [x..4]])
0

Nota: Las librerías necesarias se encuentran en la página de códigos.

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Para cada entero positivo n, existe una única sucesión que empieza en 1, termina en n y en la que cada uno de sus elementos es el doble de su anterior o el doble más uno. Dicha sucesión se llama la sucesión duplicadora de n. Por ejemplo, la sucesión duplicadora de 13 es [1, 3, 6, 13], ya que

 3 = 2*1 +1
 6 = 2*3
13 = 2*6 +1

Definir la función

duplicadora :: Integer -> [Integer]

tal que (duplicadora n) es la sucesión duplicadora de n. Por ejemplo,

duplicadora 13                   ==  [1,3,6,13]
duplicadora 17                   ==  [1,2,4,8,17]
length (duplicadora (10^40000))  ==  132878

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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)

Definir la función

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,

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

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Para el juego de los bloques se dispone de un conjunto de bloques con una letra en cada una de sus dos caras. El objetivo del juego consiste en formar palabras sin que se pueda usar un bloque más de una vez y sin diferenciar mayúsculas de minúsculas. Por ejemplo, si se tiene tres bloques de forma que el 1º tiene las letras A y B, el 2ª la N y la O y el 3º la O y la A entonces se puede obtener la palabra ANA de dos formas: una con los bloques 1, 2 y 3 y otra con los 3, 2 y 1.

Definir la función

soluciones :: [String] -> String -> [[String]]

tal que (soluciones bs cs) es la lista de las soluciones del juego de los bloque usando los bloques bs (cada bloque es una cadena de dos letras mayúsculas) para formar la palabra cs. Por ejemplo,

λ> soluciones ["AB","NO","OA"] "ANA"
[["AB","NO","OA"],["OA","NO","AB"]]
λ> soluciones ["AB","NE","OA"] "Bea"
[["AB","NE","OA"]]
λ> soluciones ["AB","NE","OA"] "EvA"
[]
λ> soluciones ["AB","NO","OA","NC"] "ANA"
[["AB","NO","OA"],["AB","NC","OA"],["OA","NO","AB"],["OA","NC","AB"]]
λ> soluciones ["AB","NO","OA","NC"] "Anca"
[["AB","NO","NC","OA"],["OA","NO","NC","AB"]]
λ> soluciones (["AB","NO","OA"] ++ replicate (10^6) "PQ") "ANA"
[["AB","NO","OA"],["OA","NO","AB"]]

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Un número entero positivo se dice que es

• creciente si cada uno de sus dígitos es menor o igual que el que está a su derecha; por ejemplo, 134479.
• decreciente si cada uno de sus dígitos es menor o igual que el que está a su derecha; por ejemplo, 664210.
• no monótono si no es creciente ni decreciente; por ejemplo, 155369.

Para cada entero positivo n, la densidad números no monótonos hasta n es el cociente entre la cantidad de n números no monótonos entre menores o iguales que n y el número n. Por ejemplo, hasta 150 hay 19 números no monótonos (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 120, 121, 130, 131, 132, 140, 141, 142, 143 y 150); por tanto, la densidad hasta 150 es 19/150 = 0.12666667

Definir las siguientes funciones

densidad              :: Integer -> Float
menorConDensidadMayor :: Float -> Integer

tales que

• (densidad n) es la densidad de números no monótonos hasta n. Por ejemplo,

densidad 100  ==  0.0
densidad 200  ==  0.265
densidad 400  ==  0.4375
densidad 800  ==  0.53375

• (menorConDensidadMayor x) es el menor número n tal que la densidad de números no monótonos hasta n es mayor o igual que x. Por ejemplo,

menorConDensidadMayor 0.5   ==  538
densidad 537                ==  0.49906892
densidad 538                ==  0.5
menorConDensidadMayor 0.9   ==  21780
densidad 21779              ==  0.8999954
densidad 21780              ==  0.9
menorConDensidadMayor 0.99  ==  1586996

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La sucesión fractal

0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, 0, 8, 4, 9, 2,
10, 5, 11, 1, 12, 6, 13, 3, 14, 7, 15, ...

está construida de la siguiente forma:

• los términos pares forman la sucesión de los números naturales

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

• los términos impares forman la misma sucesión original

0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, ...

Definir las funciones

sucFractal     :: [Integer]
sumaSucFractal :: Integer -> Integer

tales que

• sucFractal es la lista de los términos de la sucesión fractal. Por ejemplo,

take 20 sucFractal   == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5,1,6,3,7,0,8,4,9,2]
sucFractal !! 30     == 15
sucFractal !! (10^7) == 5000000

• (sumaSucFractal n) es la suma de los n primeros términos de la sucesión fractal. Por ejemplo,

sumaSucFractal 10      == 13
sumaSucFractal (10^5)  == 1666617368
sumaSucFractal (10^10) == 16666666661668691669
sumaSucFractal (10^15) == 166666666666666166673722792954
sumaSucFractal (10^20) == 1666666666666666666616666684103392376198
length (show (sumaSucFractal (10^15000))) == 30000
sumaSucFractal (10^15000) `mod` (10^9)    == 455972157

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Un conjunto de primos emparejables es un conjunto S de números primos tales que al concatenar cualquier par de elementos de S se obtiene un número primo. Por ejemplo, {3, 7, 109, 673} es un conjunto de primos emparejables ya que sus elementos son primos y las concatenaciones de sus parejas son 37, 3109, 3673, 73, 7109, 7673, 1093, 1097, 109673, 6733, 6737 y 673109 son primos.

Definir la función

emparejables :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

tal que (emparejables n m) es el conjunto de los conjuntos emparejables de n elementos menores que n. Por ejemplo,

take 5 (emparejables 2   10)  ==  [[3,7]]
take 5 (emparejables 3   10)  ==  []
take 5 (emparejables 2  100)  ==  [[3,7],[3,11],[3,17],[3,31],[3,37]]
take 5 (emparejables 3  100)  ==  [[3,37,67],[7,19,97]]
take 5 (emparejables 4  100)  ==  []
take 5 (emparejables 4 1000)  ==  [[3,7,109,673],[23,311,677,827]]

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Una cadena de divisores de un número n es una lista donde cada elemento es un divisor de su siguiente elemento en la lista. Por ejemplo, las cadenas de divisores de 12 son [2,4,12], [2,6,12], [2,12], [3,6,12], [3,12], [4,12], [6,12] y [12].

Definir la función

cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]

tal que (cadenasDivisores n) es la lista de las cadenas de divisores de n. Por ejemplo,

λ> cadenasDivisores 12
[[2,4,12],[2,6,12],[2,12],[3,6,12],[3,12],[4,12],[6,12],[12]]
λ> length (cadenaDivisores 48)
48
λ> length (cadenaDivisores 120)
132

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Dados dos números naturales, a y b, es posible calcular su máximo común divisor mediante el Algoritmo de Euclides. Este algoritmo se puede resumir en la siguiente fórmula:

mcd(a,b) = a,                   si b = 0
         = b,                   si a = 0
         = mcd (a módulo b, b), si a > b
         = mcd (a, b módulo a), si b >= a

Definir la función

mcdYdivisiones :: Int -> Int -> (Int,Int)

tal que (mcdYdivisiones a b) es el número de divisiones usadas en el cálculo del máximo común divisor de a y b mediante el algoritmo de Euclides. Por ejemplo,

mcdYdivisiones 252 198 == (18,4)

ya que los 4 divisiones del cálculo son

  mcd 252 198
= mcd  54 198
= mcd  54  36
= mcd  18  36
= mcd  18   0

Comprobar con QuickCheck que el número de divisiones requeridas por el algoritmo de Euclides para calcular el MCD de a y b es igual o menor que cinco veces el número de dígitos de menor de los números a y b.

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