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Valor de una expresión aritmética con una variable

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

   valor :: Expr -> Int -> Int

tal que valor e n es el valor de la expresión e cuando se sustituye su variable por n. Por ejemplo,

   valor (P X (S (C 13) X)) 2  ==  30

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Tipo de expresiones aritméticas con una variable

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

1. El tipo de las expresiones aritméticas con una variable en Haskell

La expresión X·(13+X) se representa por

   P(X(), S(C(13), X()))

usando el tipo de las expresiones aritméticas con una variable (denotada por X) que se define como se muestra a continuación,

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

2. El tipo de las expresiones aritméticas con una variable en Python

La expresión X*(13+X) se representa por

   P(X(), S(C(13), X()))

usando el tipo de las expresiones aritméticas con una variable (denotada por X) que se define como se muestra a continuación,

from dataclasses import dataclass


@dataclass
class Expr:
    pass

@dataclass
class X(Expr):
    pass

@dataclass
class C(Expr):
    x: int

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

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

Aplicación de una función a una expresión aritmética

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Usando el tipo de las expresiones aritméticas básicas, definir la función

   aplica :: (Int -> Int) -> Expr -> Expr

tal que aplica f e es la expresión obtenida aplicando la función f a cada uno de los números de la expresión e. Por ejemplo,

   λ> aplica (+2) (S (P (C 3) (C 5)) (P (C 6) (C 7)))
   S (P (C 5) (C 7)) (P (C 8) (C 9))
   λ> aplica (*2) (S (P (C 3) (C 5)) (P (C 6) (C 7)))
   S (P (C 6) (C 10)) (P (C 12) (C 14))

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El tipo de las expresiones aritméticas básicas

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

1. El tipo de las expresiones aritméticas básicas en Haskell

La expresión aritmética 2*(3+7) se representa por

   P (C 2) (S (C 3) (C 7))

usando el tipo de dato definido a continuación.

module Expresion_aritmetica_basica where

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

2. El tipo de las expresiones aritméticas básicas en Python

La expresión aritmética 2*(3+7) se representa por

   P(C(2), S(C(3), C(7)))

usando el tipo de dato definido a continuación.

from dataclasses import dataclass


@dataclass
class Expr:
    pass

@dataclass
class C(Expr):
    x: int

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

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

Valor de un árbol booleano

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Se consideran los árboles con operaciones booleanas definidos por

   data Arbol = H Bool
              | Conj Arbol Arbol
              | Disy Arbol Arbol
              | Neg Arbol

Por ejemplo, los árboles

               Conj                            Conj
              /   \                           /   \
             /     \                         /     \
          Disy      Conj                  Disy      Conj
         /   \       /  \                /   \      /   \
      Conj    Neg   Neg True          Conj    Neg   Neg  True
      /  \    |     |                 /  \    |     |
   True False False False          True False True  False

se definen por

   ej1, ej2:: Arbol
   ej1 = Conj (Disy (Conj (H True) (H False))
                    (Neg (H False)))
              (Conj (Neg (H False))
                    (H True))

   ej2 = Conj (Disy (Conj (H True) (H False))
                    (Neg (H True)))
              (Conj (Neg (H False))
                    (H True))

Definir la función

   valor :: Arbol -> Bool

tal que valor a) es el resultado de procesar el árbol a realizando las operaciones booleanas especificadas en los nodos. Por ejemplo,

   valor ej1 == True
   valor ej2 == False

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Árbol de factorización

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Los divisores medios de un número son los que ocupan la media entre los divisores de n, ordenados de menor a mayor. Por ejemplo, los divisores de 60 son [1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30, 60] y sus divisores medios son 6 y 10. Para los números que son cuadrados perfectos, sus divisores medios de son sus raíces cuadradas; por ejemplos, los divisores medios de 9 son 3 y 3.

El árbol de factorización de un número compuesto n se construye de la siguiente manera:

  • la raíz es el número n,
  • la rama izquierda es el árbol de factorización de su divisor medio menor y
  • la rama derecha es el árbol de factorización de su divisor medio mayor

Si el número es primo, su árbol de factorización sólo tiene una hoja con dicho número. Por ejemplo, el árbol de factorización de 60 es

       60
      /  \
     6    10
    / \   / \
   2   3 2   5

Definir la función

   arbolFactorizacion :: Int -> Arbol

tal que arbolFactorizacion n es el árbol de factorización de n. Por ejemplo,

   arbolFactorizacion 60 == N 60 (N 6 (H 2) (H 3)) (N 10 (H 2) (H 5))
   arbolFactorizacion 45 == N 45 (H 5) (N 9 (H 3) (H 3))
   arbolFactorizacion 7  == H 7
   arbolFactorizacion 9  == N 9 (H 3) (H 3)
   arbolFactorizacion 14 == N 14 (H 2) (H 7)
   arbolFactorizacion 28 == N 28 (N 4 (H 2) (H 2)) (H 7)
   arbolFactorizacion 84 == N 84 (H 7) (N 12 (H 3) (N 4 (H 2) (H 2)))

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Elementos del nivel k de un árbol

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Los árboles binarios con valores en las hojas y en los nodos se definen por

   data Arbol a = H a
                | N a (Arbol a) (Arbol a)

Por ejemplo, el árbol

        7
       / \
      /   \
     2     9
    / \
   5   4

se representa por

   N 7 (N 2 (H 5) (H 4)) (H 9)

Un elemento de un árbol se dirá de nivel k si aparece en el árbol a distancia k de la raíz.

Definir la función

   nivel :: Int -> Arbol a -> [a]

tal que nivel k a es la lista de los elementos de nivel k del árbol a. Por ejemplo,

   nivel 0 (N 7 (N 2 (H 5) (H 4)) (H 9))  ==  [7]
   nivel 1 (N 7 (N 2 (H 5) (H 4)) (H 9))  ==  [2,9]
   nivel 2 (N 7 (N 2 (H 5) (H 4)) (H 9))  ==  [5,4]
   nivel 3 (N 7 (N 2 (H 5) (H 4)) (H 9))  ==  []

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Existencia de elementos del árbol que verifican una propiedad

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Los árboles binarios con valores en las hojas y en los nodos se definen por

   data Arbol a = H a
                | N a (Arbol a) (Arbol a)
     deriving Show

Por ejemplo, el árbol

        5
       / \
      /   \
     3     2
    / \
   1   4

se representa por

   N 5 (N 3 (H 1) (H 4)) (H 2)

Definir la función

   algunoArbol :: Arbol t -> (t -> Bool) -> Bool

tal que algunoArbol a p se verifica si algún elemento del árbol a cumple la propiedad p. Por ejemplo,

   algunoArbol (N 5 (N 3 (H 1) (H 4)) (H 2)) (>4)  ==  True
   algunoArbol (N 5 (N 3 (H 1) (H 4)) (H 2)) (>7)  ==  False

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Árboles con igual estructura

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Los árboles binarios con valores en las hojas y en los nodos se definen por

   data Arbol a = H a
                | N a (Arbol a) (Arbol a)
     deriving Show

Por ejemplo, los árboles

        5              8             5           5
       / \            / \           / \         / \
      /   \          /   \         /   \       /   \
     9     7        9     3       9     2     4     7
    / \   / \      / \   / \     / \               / \
   1   4 6   8    1   4 6   2   1   4             6   2

se pueden representar por

   ej3arbol1, ej3arbol2, ej3arbol3, ej3arbol4 :: Arbol Int
   ej3arbol1 = N 5 (N 9 (H 1) (H 4)) (N 7 (H 6) (H 8))
   ej3arbol2 = N 8 (N 9 (H 1) (H 4)) (N3 3 (H 6) (H 2))
   ej3arbol3 = N 5 (N 9 (H 1) (H 4)) (H 2)
   ej3arbol4 = N 5 (H 4) (N 7 (H 6) (H 2))

Definir la función

   igualEstructura :: Arbol -> Arbol -> Bool

tal que igualEstructura a1 a2 se verifica si los árboles a1 y a2 tienen la misma estructura. Por ejemplo,

   igualEstructura ej3arbol1 ej3arbol2 == True
   igualEstructura ej3arbol1 ej3arbol3 == False
   igualEstructura ej3arbol1 ej3arbol4 == False

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