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Árboles con bordes iguales

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Los árboles binarios con valores en las hojas se pueden definir por

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

Por ejemplo, los árboles

   árbol1          árbol2       árbol3     árbol4
      o              o           o           o
     / \            / \         / \         / \
    1   o          o   3       o   3       o   1
       / \        / \         / \         / \
      2   3      1   2       1   4       2   3

se representan por

   arbol1, arbol2, arbol3, arbol4 :: Arbol Int
   arbol1 = N (H 1) (N (H 2) (H 3))
   arbol2 = N (N (H 1) (H 2)) (H 3)
   arbol3 = N (N (H 1) (H 4)) (H 3)
   arbol4 = N (N (H 2) (H 3)) (H 1)

Definir la función

   igualBorde :: Eq a => Arbol a -> Arbol a -> Bool

tal que igualBorde t1 t2 se verifica si los bordes de los árboles t1 y t2 son iguales. Por ejemplo,

   igualBorde arbol1 arbol2  ==  True
   igualBorde arbol1 arbol3  ==  False
   igualBorde arbol1 arbol4  ==  False

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Árboles balanceados

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Los árboles binarios con valores en los nodos se pueden definir por

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

Por ejemplo, el árbol

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

se puede representar por

   N 9 (N 8 (N 3 H H) (N 2 H H)) (N 6 (N 4 H H) (N 5 H H))

Diremos que un árbol está balanceado si para cada nodo la diferencia entre el número de nodos de sus subárboles izquierdo y derecho es menor o igual que uno.

Definir la función

   balanceado :: Arbol a -> Bool

tal que (balanceado a) se verifica si el árbol a está balanceado. Por ejemplo,

   λ> balanceado (N 5 H (N 3 H H))
   True
   λ> balanceado (N 4 (N 3 (N 2 H H) H) (N 5 H (N 6 H (N 7 H H))))
   False

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Rama izquierda de un árbol binario.

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Los árboles binarios con valores en los nodos se pueden definir por

   data Arbol a = H
                | N a (Arbol1 a) (Arbol1 a)
     deriving (Show, Eq)

Por ejemplo, el árbol

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

se puede representar por

   N 9 (N 8 (N 3 H H) (N 2 H H)) (N 6 (N 4 H H) (N 5 H H))

Definir la función

   ramaIzquierda :: Arbol a -> [a]

tal que ramaIzquierda a es la lista de los valores de los nodos de la rama izquierda del árbol a. Por ejemplo,

   λ> ramaIzquierda (N 2 (N 5 (N 3 H H) (N 7 H H)) (N 4 H H))
   [2,5,3]

<!-- TEASER_END -->~~~
# Soluciones

A continuación se muestran las [soluciones en Haskell](#haskell) y las [soluciones en Python](#python).

<a name="haskell"></a>
## Soluciones en Haskell

~~~haskell
data Arbol a = H
             | N a (Arbol a) (Arbol a)
  deriving (Show, Eq)

ramaIzquierda :: Arbol a -> [a]
ramaIzquierda H         = []
ramaIzquierda (N x i _) = x : ramaIzquierda i

Soluciones en Python

from dataclasses import dataclass
from typing import Generic, TypeVar

A = TypeVar("A")

@dataclass
class Arbol(Generic[A]):
    pass

@dataclass
class H(Arbol[A]):
    pass

@dataclass
class N(Arbol[A]):
    x: A
    i: Arbol[A]
    d: Arbol[A]

def ramaIzquierda(a: Arbol[A]) -> list[A]:
    match a:
        case H():
            return []
        case N(x, i, _):
            return [x] + ramaIzquierda(i)
    assert False

Suma de un árbol

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

Los árboles binarios con valores en los nodos se pueden definir por

   data Arbol a = H
                | N a (Arbol1 a) (Arbol1 a)
     deriving (Show, Eq)

Por ejemplo, el árbol

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

se puede representar por

   N 9 (N 8 (N 3 H H) (N 2 H H)) (N 6 (N 4 H H) (N 5 H H))

Definir por recursión la función

   sumaArbol :: Num a => Arbol1 a -> a

tal sumaArbol x es la suma de los valores que hay en el árbol x. Por ejemplo,

   sumaArbol (N 2 (N 5 (N 3 H H) (N 7 H H)) (N 4 H H)) == 21

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El tipo de los árboles binarios con valores en los nodos

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

1. El tipo de los árboles binarios con valores en los nodos en Haskell

El árbol, con valores en los nodos,

           9
          / \
         /   \
        /     \
       8       6
      / \     / \
     3   2   4   5
    /\  /\  /\   /\
   ·  ··  ··  · ·  ·

se puede representar por

   N 9 (N 8 (N 3 H H) (N 2 H H)) (N 6 (N 4 H H) (N 5 H H))

usando el tipo de los árboles con valores en los nodos definido como se muestra a continuación.

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

2. El tipo de los árboles binarios con valores en los nodos en Python

El árbol binario, con valores en los nodos,

           9
          / \
         /   \
        /     \
       8       6
      / \     / \
     3   2   4   5
    /\  /\  /\   /\
   ·  ··  ··  · ·  ·

se puede representar por

   N(9, N(8, N(3, H(), H()), N(2, H(), H())), N(6, N(4, H(), H()), N(5, H(), H())))

usando el tipo de los árboles binarios con valores en los nodos definido como se muestra a continuación.

from dataclasses import dataclass


@dataclass
class Arbol:
    pass

@dataclass
class H(Arbol):
    pass

@dataclass
class N(Arbol):
    x: int
    i: Arbol
    d: Arbol

Árbol de profundidad n con nodos iguales

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

El árbol binario

        9
       / \
      /   \
     3     7
    / \
   2   4

se puede representar por

   N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)

El tipo de los árboles binarios se puede definir por

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

Definir las funciones

   repeatArbol    :: a -> Arbol a
   replicateArbol :: Int -> a -> Arbol a

tales que

  • repeatArbol x es es árbol con infinitos nodos x. Por ejemplo,
     takeArbol 0 (repeatArbol 3) == H 3
     takeArbol 1 (repeatArbol 3) == N 3 (H 3) (H 3)
     takeArbol 2 (repeatArbol 3) == N 3 (N 3 (H 3) (H 3)) (N 3 (H 3) (H 3))
  • replicate n x es el árbol de profundidad n cuyos nodos son x. Por ejemplo,
     replicateArbol 0 5  ==  H 5
     replicateArbol 1 5  ==  N 5 (H 5) (H 5)
     replicateArbol 2 5  ==  N 5 (N 5 (H 5) (H 5)) (N 5 (H 5) (H 5))

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Subárbol de profundidad dada

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

El árbol binario

        9
       / \
      /   \
     3     7
    / \
   2   4

se puede representar por

   N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)

El tipo de los árboles binarios se puede definir por

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

La función take está definida por

   take :: Int -> [a] -> [a]
   take 0            = []
   take (n+1) []     = []
   take (n+1) (x:xs) = x : take n xs

Definir la función

   takeArbol ::  Int -> Arbol a -> Arbol a

tal que takeArbol n t es el subárbol de t de profundidad n. Por ejemplo,

   takeArbol 0 (N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)) == H 9
   takeArbol 1 (N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)) == N 9 (H 3) (H 7)
   takeArbol 2 (N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)) == N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)
   takeArbol 3 (N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)) == N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)

Comprobar con QuickCheck que la profundidad de takeArbol n x es menor o igual que n, para todo número natural n y todo árbol x.

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Imagen especular de un árbol binario

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

El árbol binario

        9
       / \
      /   \
     3     7
    / \
   2   4

se puede representar por

   N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)

El tipo de los árboles binarios se puede definir por

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

Definir la función

   espejo :: Arbol a -> Arbol a

tal que espejo x es la imagen especular del árbol x. Por ejemplo,

   espejo (N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)) == N 9 (H 7) (N 3 (H 4) (H 2))

Comprobar con QuickCheck las siguientes propiedades, para todo árbol x,

   espejo (espejo x) = x
   reverse (preorden (espejo x)) = postorden x
   postorden (espejo x) = reverse (preorden x)

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Recorrido de árboles binarios

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

El árbol binario

        9
       / \
      /   \
     3     7
    / \
   2   4

se puede representar por

   N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)

El tipo de los árboles binarios se puede definir por

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

Definir las funciones

   preorden  :: Arbol a -> [a]
   postorden :: Arbol a -> [a]

tales que

  • preorden es la lista correspondiente al recorrido preorden del árbol x; es decir, primero visita la raíz del árbol, a continuación recorre el subárbol izquierdo y, finalmente, recorre el subárbol derecho. Por ejemplo,
     preorden (N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7))  ==  [9,3,2,4,7]
  • postorden x es la lista correspondiente al recorrido postorden del árbol x; es decir, primero recorre el subárbol izquierdo, a continuación el subárbol derecho y, finalmente, la raíz del árbol. Por ejemplo,
     postorden (N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7))  ==  [2,4,3,7,9]

Comprobar con QuickCheck que la longitud de la lista obtenida recorriendo un árbol en cualquiera de los sentidos es igual al número de nodos del árbol más el número de hojas.

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Profundidad de un árbol binario

Tipos definidos y tipos de datos algebraicos

El árbol binario

        9
       / \
      /   \
     3     7
    / \
   2   4

se puede representar por

   N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)

El tipo de los árboles binarios se puede definir por

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

Definir la función

   profundidad :: Arbol a -> Int

tal que profundidad x es la profundidad del árbol x. Por ejemplo,

   profundidad (N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7))              ==  2
   profundidad (N 9 (N 3 (H 2) (N 1 (H 4) (H 5))) (H 7))  ==  3
   profundidad (N 4 (N 5 (H 4) (H 2)) (N 3 (H 7) (H 4)))  ==  2

Comprobar con QuickCheck que para todo árbol biario x, se tiene que

   nNodos x <= 2^(profundidad x) - 1

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