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El tipo abstracto de datos de las pilas

El tipo abstracto de datos de las pilas

1. El tipo abstracto de datos de las pilas

Una pila es una estructura de datos, caracterizada por ser una secuencia de elementos en la que las operaciones de inserción y extracción se realizan por el mismo extremo.

Las operaciones que definen a tipo abstracto de datos (TAD) de las pilas (cuyos elementos son del tipo a) son las siguientes:

   vacia    :: Pila a
   apila    :: a -> Pila a -> Pila a
   cima     :: Pila a -> a
   desapila :: Pila a -> Pila a
   esVacia  :: Pila a -> Bool

tales que

  • vacia es la pila vacía.
  • (apila x p) es la pila obtenida añadiendo x al principio de p.
  • (cima p) es la cima de la pila p.
  • (desapila p) es la pila obtenida suprimiendo la cima de p.
  • (esVacia p) se verifica si p es la pila vacía.

Las operaciones tienen que verificar las siguientes propiedades:

  • cima(apila(x, p) == x
  • desapila(apila(x, p)) == p
  • esVacia(vacia)
  • not esVacia(apila(x, p))

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Valor de una expresión vectorial

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Se consideran las expresiones vectoriales formadas por un vector, la suma de dos expresiones vectoriales o el producto de un entero por una expresión vectorial. El siguiente tipo de dato define las expresiones vectoriales

   data ExpV = Vec Int Int
             | Sum ExpV ExpV
             | Mul Int ExpV
     deriving Show

Definir la función

   valorEV :: ExpV -> (Int,Int)

tal que valorEV e es el valorEV de la expresión vectorial e. Por ejemplo,

   valorEV (Vec 1 2)                                  ==  (1,2)
   valorEV (Sum (Vec 1 2) (Vec 3 4))                  ==  (4,6)
   valorEV (Mul 2 (Vec 3 4))                          ==  (6,8)
   valorEV (Mul 2 (Sum (Vec 1 2 ) (Vec 3 4)))         ==  (8,12)
   valorEV (Sum (Mul 2 (Vec 1 2)) (Mul 2 (Vec 3 4)))  ==  (8,12)

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Valor de expresiones aritméticas generales

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Las operaciones de suma, resta y multiplicación se pueden representar mediante el siguiente tipo de datos

   data Op = S | R | M

La expresiones aritméticas con dichas operaciones se pueden representar mediante el siguiente tipo de dato algebraico

   data Expr = C Int
             | A Op Expr Expr

Por ejemplo, la expresión

   (7-3)+(2*5)

se representa por

   A S (A R (C 7) (C 3)) (A M (C 2) (C 5))

Definir la función

   valor :: Expr -> Int

tal que valor e es el valor de la expresión e. Por ejemplo,

   valor (A S (A R (C 7) (C 3)) (A M (C 2) (C 5)))  ==  14
   valor (A M (A R (C 7) (C 3)) (A S (C 2) (C 5)))  ==  28

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Máximos valores de una expresión aritmética

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Las expresiones aritméticas generales se pueden definir usando el siguiente tipo de datos

   data Expr = C Int
             | X
             | S Expr Expr
             | R Expr Expr
             | P Expr Expr
             | E Expr Int
     deriving (Eq, Show)

Por ejemplo, la expresión

   3*x - (x+2)^7

se puede definir por

   R (P (C 3) X) (E (S X (C 2)) 7)

Definir la función

   maximo :: Expr -> [Int] -> (Int,[Int])

tal que maximo e xs es el par formado por el máximo valor de la expresión e para los puntos de xs y en qué puntos alcanza el máximo. Por ejemplo,

   λ> maximo (E (S (C 10) (P (R (C 1) X) X)) 2) [-3..3]
   (100,[0,1])

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Expresiones aritméticas reducibles

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Las expresiones aritméticas con variables pueden representarse usando el siguiente tipo de datos

   data Expr = C Int
             | V Char
             | S Expr Expr
             | P Expr Expr

Por ejemplo, la expresión 2·(a+5) se representa por

   P (C 2) (S (V 'a') (C 5))

Definir la función

   reducible :: Expr -> Bool

tal que reducible a se verifica si a es una expresión reducible; es decir, contiene una operación en la que los dos operandos son números. Por ejemplo,

   reducible (S (C 3) (C 4))             == True
   reducible (S (C 3) (V 'x'))           == False
   reducible (S (C 3) (P (C 4) (C 5)))   == True
   reducible (S (V 'x') (P (C 4) (C 5))) == True
   reducible (S (C 3) (P (V 'x') (C 5))) == False
   reducible (C 3)                       == False
   reducible (V 'x')                     == False

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Sustitución en una expresión aritmética

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Las expresiones aritméticas con variables pueden representarse usando el siguiente tipo de datos

   data Expr = C Int
             | V Char
             | S Expr Expr
             | P Expr Expr
     deriving (Eq, Show)

Por ejemplo, la expresión 2·(a+5) se representa por

   P (C 2) (S (V 'a') (C 5))

Definir la función

   sustitucion :: Expr -> [(Char, Int)] -> Expr

tal que sustitucion e s es la expresión obtenida sustituyendo las variables de la expresión e según se indica en la sustitución s. Por ejemplo,

   λ> sustitucion (P (V 'z') (S (C 3) (V 'x'))) [('x',7),('z',9)]
   P (C 9) (S (C 3) (C 7))
   λ> sustitucion (P (V 'z') (S (C 3) (V 'y'))) [('x',7),('z',9)]
   P (C 9) (S (C 3) (V 'y'))

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Número de sumas en una expresión aritmética

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Las expresiones aritméticas con variables pueden representarse usando el siguiente tipo de datos

   data Expr = C Int
             | V Char
             | S Expr Expr
             | P Expr Expr

Por ejemplo, la expresión 2·(a+5) se representa por

   P (C 2) (S (V 'a') (C 5))

Definir la función

   sumas :: Expr -> Int

tal que sumas e es el número de sumas en la expresión e. Por ejemplo,

   sumas (P (V 'z') (S (C 3) (V 'x')))  ==  1
   sumas (S (V 'z') (S (C 3) (V 'x')))  ==  2
   sumas (P (V 'z') (P (C 3) (V 'x')))  ==  0

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Valor de una expresión aritmética con variables

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Las expresiones aritméticas con variables pueden representarse usando el siguiente tipo de datos

   data Expr = C Int
             | V Char
             | S Expr Expr
             | P Expr Expr

Por ejemplo, la expresión 2·(a+5) se representa por

   P (C 2) (S (V 'a') (C 5))

Definir la función

   valor :: Expr -> [(Char,Int)] -> Int

tal que valor x e es el valor de la expresión x en el entorno e (es decir, el valor de la expresión donde las variables de x se sustituyen por los valores según se indican en el entorno e). Por ejemplo,

   λ> valor (P (C 2) (S (V 'a') (V 'b'))) [('a',2),('b',5)]
   14

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El tipo de las expresiones aritméticas con variables

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

1. El tipo de las expresiones aritméticas con variables en Haskell

La expresión 2*(a+5) puede representarse por

   P (C 2) (S (V 'a') (C 5))

usando el tipo de las expresiones aritméticas con variables definido como se muestra a continuación.

module Expresion_aritmetica_con_variables where

data Expr = C Int
          | V Char
          | S Expr Expr
          | P Expr Expr

2. El tipo de las expresiones aritméticas con variables en Python

La expresión 2*(a+5) puede representarse por

   P(C(2), S(V('a'), C(5)))

usando el tipo de las expresiones aritméticas con variables definido como se muestra a continuación.

from dataclasses import dataclass


@dataclass
class Expr:
    pass

@dataclass
class C(Expr):
    x: int

@dataclass
class V(Expr):
    x: str

@dataclass
class S(Expr):
    x: Expr
    y: Expr

@dataclass
class P(Expr):
    x: Expr
    y: Expr

Número de variables de una expresión aritmética

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Las expresiones aritméticas construidas con una variable (denotada por X), los números enteros y las operaciones de sumar y multiplicar se pueden representar mediante el tipo de datos Expr definido por

   data Expr = X
             | C Int
             | S Expr Expr
             | P Expr Expr

Por ejemplo, la expresión X·(13+X) se representa por

   P X (S (C 13) X)

Definir la función

   numVars :: Expr -> Int

tal que numVars e es el número de variables en la expresión e. Por ejemplo,

   numVars (C 3)               ==  0
   numVars X                   ==  1
   numVars (P X (S (C 13) X))  ==  2

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