Enumeración de conjuntos finitos de naturales

José A. Alonso

25-12-2019

Los conjuntos finitos de números naturales se pueden enumerar como sigue

 0: []
 1: [0]
 2: [1]
 3: [1,0]
 4: [2]
 5: [2,0]
 6: [2,1]
 7: [2,1,0]
 8: [3]
 9: [3,0]
10: [3,1]
11: [3,1,0]
12: [3,2]
13: [3,2,0]
14: [3,2,1]
15: [3,2,1,0]
16: [4]
17: [4,0]
18: [4,1]
19: [4,1,0]

en la que los elementos están ordenados de manera decreciente.

Definir la constante

enumeracionCFN :: [[Integer]]

tal que sus elementos son los conjuntos de los números naturales con la ordenación descrita anteriormente. Por ejemplo,

λ> take 20 enumeracionCFN
[[],
 [0],
 [1],[1,0],
 [2],[2,0],[2,1],[2,1,0],
 [3],[3,0],[3,1],[3,1,0],[3,2],[3,2,0],[3,2,1],[3,2,1,0],
 [4],[4,0],[4,1],[4,1,0]]

Comprobar con QuickCheck que

si (xs,ys) es un par de elementos consecutivos de enumeracionCFN, entonces xs < ys;
todo conjunto finito de números naturales, representado por una lista decreciente, está en enumeracionCFN.

Soluciones

import Data.List (genericLength, nub, sort)
import Test.QuickCheck

enumeracionCFN :: [[Integer]]
enumeracionCFN = concatMap enumeracionCFNHasta [0..]

-- (enumeracionCFNHasta n) es la lista de conjuntos con la enumeración
-- anterior cuyo primer elemento es n. Por ejemplo,
--    λ> enumeracionCFNHasta 1
--    [[1],[1,0]]
--    λ> enumeracionCFNHasta 2
--    [[2],[2,0],[2,1],[2,1,0]]
--    λ> enumeracionCFNHasta 3
--    [[3],[3,0],[3,1],[3,1,0],[3,2],[3,2,0],[3,2,1],[3,2,1,0]]
enumeracionCFNHasta :: Integer -> [[Integer]]
enumeracionCFNHasta 0 = [[],[0]]
enumeracionCFNHasta n =
  [n:xs | k <- [0..n-1], xs <- enumeracionCFNHasta k]

-- La primera propiedad es
prop_enumeracionCFN :: Int -> Property
prop_enumeracionCFN n =
  n >= 0 ==> xs < ys
  where (xs:ys:_) = drop n enumeracionCFN

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_enumeracionCFN
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- La segunda propiedad es
prop_completa :: [Integer] -> Bool
prop_completa xs =
  xs' `elem` enumeracionCFN
  where xs' = reverse (sort (nub (map abs xs)))

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=15}) prop_completa
--    +++ OK, passed 100 tests.