/
Rel_15_sol.hs
449 lines (385 loc) · 18 KB
/
Rel_15_sol.hs
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
-- I1M 2016-17: Relación 15 (8 de febrero de 2017)
-- Vectores y matrices.
-- Departamento de Ciencias de la Computación e I.A.
-- Universidad de Sevilla
-- =====================================================================
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Introducción --
-- ---------------------------------------------------------------------
-- El objetivo de esta relación es hacer ejercicios sobre vectores y
-- matrices con el tipo de las tablas, definido en el módulo
-- Data.Array y explicado en el tema 18 que se encuentra en
-- http://www.cs.us.es/~jalonso/cursos/i1m-16/temas/tema-18.html
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Importación de librerías --
-- ---------------------------------------------------------------------
import Data.Array
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Tipos de los vectores y de las matrices --
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Los vectores son tablas cuyos índices son números naturales.
type Vector a = Array Int a
-- Las matrices son tablas cuyos índices son pares de números
-- naturales.
type Matriz a = Array (Int,Int) a
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Operaciones básicas con matrices --
-- ---------------------------------------------------------------------
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 1. Definir la función
-- listaVector :: Num a => [a] -> Vector a
-- tal que (listaVector xs) es el vector correspondiente a la lista
-- xs. Por ejemplo,
-- ghci> listaVector [3,2,5]
-- array (1,3) [(1,3),(2,2),(3,5)]
-- ---------------------------------------------------------------------
listaVector :: Num a => [a] -> Vector a
listaVector xs = listArray (1,n) xs
where n = length xs
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 2. Definir la función
-- listaMatriz :: Num a => [[a]] -> Matriz a
-- tal que (listaMatriz xss) es la matriz cuyas filas son los elementos
-- de xss. Por ejemplo,
-- ghci> listaMatriz [[1,3,5],[2,4,7]]
-- array ((1,1),(2,3)) [((1,1),1),((1,2),3),((1,3),5),
-- ((2,1),2),((2,2),4),((2,3),7)]
-- ---------------------------------------------------------------------
listaMatriz :: Num a => [[a]] -> Matriz a
listaMatriz xss = listArray ((1,1),(m,n)) (concat xss)
where m = length xss
n = length (head xss)
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 3. Definir la función
-- numFilas :: Num a => Matriz a -> Int
-- tal que (numFilas m) es el número de filas de la matriz m. Por
-- ejemplo,
-- numFilas (listaMatriz [[1,3,5],[2,4,7]]) == 2
-- ---------------------------------------------------------------------
numFilas :: Num a => Matriz a -> Int
numFilas = fst . snd . bounds
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 4. Definir la función
-- numColumnas :: Num a => Matriz a -> Int
-- tal que (numColumnas m) es el número de columnas de la matriz
-- m. Por ejemplo,
-- numColumnas (listaMatriz [[1,3,5],[2,4,7]]) == 3
-- ---------------------------------------------------------------------
numColumnas :: Num a => Matriz a -> Int
numColumnas = snd . snd . bounds
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 5. Definir la función
-- dimension :: Num a => Matriz a -> (Int,Int)
-- tal que (dimension m) es la dimensión de la matriz m. Por ejemplo,
-- dimension (listaMatriz [[1,3,5],[2,4,7]]) == (2,3)
-- ---------------------------------------------------------------------
dimension :: Num a => Matriz a -> (Int,Int)
dimension = snd . bounds
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 6. Definir la función
-- separa :: Int -> [a] -> [[a]]
-- tal que (separa n xs) es la lista obtenida separando los elementos de
-- xs en grupos de n elementos (salvo el último que puede tener menos de
-- n elementos). Por ejemplo,
-- separa 3 [1..11] == [[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9],[10,11]]
-- ---------------------------------------------------------------------
separa :: Int -> [a] -> [[a]]
separa _ [] = []
separa n xs = take n xs : separa n (drop n xs)
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 7. Definir la función
-- matrizLista :: Num a => Matriz a -> [[a]]
-- tal que (matrizLista x) es la lista de las filas de la matriz x. Por
-- ejemplo,
-- ghci> let m = listaMatriz [[5,1,0],[3,2,6]]
-- ghci> m
-- array ((1,1),(2,3)) [((1,1),5),((1,2),1),((1,3),0),
-- ((2,1),3),((2,2),2),((2,3),6)]
-- ghci> matrizLista m
-- [[5,1,0],[3,2,6]]
-- ---------------------------------------------------------------------
matrizLista :: Num a => Matriz a -> [[a]]
matrizLista p = separa (numColumnas p) (elems p)
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 8. Definir la función
-- vectorLista :: Num a => Vector a -> [a]
-- tal que (vectorLista x) es la lista de los elementos del vector
-- v. Por ejemplo,
-- ghci> let v = listaVector [3,2,5]
-- ghci> v
-- array (1,3) [(1,3),(2,2),(3,5)]
-- ghci> vectorLista v
-- [3,2,5]
-- ---------------------------------------------------------------------
vectorLista :: Num a => Vector a -> [a]
vectorLista = elems
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Suma de matrices --
-- ---------------------------------------------------------------------
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 9. Definir la función
-- sumaMatrices:: Num a => Matriz a -> Matriz a -> Matriz a
-- tal que (sumaMatrices x y) es la suma de las matrices x e y. Por
-- ejemplo,
-- ghci> let m1 = listaMatriz [[5,1,0],[3,2,6]]
-- ghci> let m2 = listaMatriz [[4,6,3],[1,5,2]]
-- ghci> matrizLista (sumaMatrices m1 m2)
-- [[9,7,3],[4,7,8]]
-- ---------------------------------------------------------------------
-- 1ª definición
sumaMatrices :: Num a => Matriz a -> Matriz a -> Matriz a
sumaMatrices p q =
array ((1,1),(m,n)) [((i,j),p!(i,j)+q!(i,j))
| i <- [1..m], j <- [1..n]]
where (m,n) = dimension p
-- 2ª definición
sumaMatrices2 :: Num a => Matriz a -> Matriz a -> Matriz a
sumaMatrices2 p q =
listArray (bounds p) (zipWith (+) (elems p) (elems q))
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 10. Definir la función
-- filaMat :: Num a => Int -> Matriz a -> Vector a
-- tal que (filaMat i p) es el vector correspondiente a la fila i-ésima
-- de la matriz p. Por ejemplo,
-- ghci> let p = listaMatriz [[5,1,0],[3,2,6],[4,5,7]]
-- ghci> filaMat 2 p
-- array (1,3) [(1,3),(2,2),(3,6)]
-- ghci> vectorLista (filaMat 2 p)
-- [3,2,6]
-- ---------------------------------------------------------------------
filaMat :: Num a => Int -> Matriz a -> Vector a
filaMat i p = array (1,n) [(j,p!(i,j)) | j <- [1..n]]
where n = numColumnas p
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 11. Definir la función
-- columnaMat :: Num a => Int -> Matriz a -> Vector a
-- tal que (columnaMat j p) es el vector correspondiente a la columna
-- j-ésima de la matriz p. Por ejemplo,
-- ghci> let p = listaMatriz [[5,1,0],[3,2,6],[4,5,7]]
-- ghci> columnaMat 2 p
-- array (1,3) [(1,1),(2,2),(3,5)]
-- ghci> vectorLista (columnaMat 2 p)
-- [1,2,5]
-- ---------------------------------------------------------------------
columnaMat :: Num a => Int -> Matriz a -> Vector a
columnaMat j p = array (1,m) [(i,p!(i,j)) | i <- [1..m]]
where m = numFilas p
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Producto de matrices --
-- ---------------------------------------------------------------------
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 12. Definir la función
-- prodEscalar :: Num a => Vector a -> Vector a -> a
-- tal que (prodEscalar v1 v2) es el producto escalar de los vectores v1
-- y v2. Por ejemplo,
-- ghci> let v = listaVector [3,1,10]
-- ghci> prodEscalar v v
-- 110
-- ---------------------------------------------------------------------
-- 1ª solución
prodEscalar :: Num a => Vector a -> Vector a -> a
prodEscalar v1 v2 =
sum [i*j | (i,j) <- zip (elems v1) (elems v2)]
-- 2ª solución
prodEscalar2 :: Num a => Vector a -> Vector a -> a
prodEscalar2 v1 v2 =
sum (zipWith (*) (elems v1) (elems v2))
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 13. Definir la función
-- prodMatrices:: Num a => Matriz a -> Matriz a -> Matriz a
-- tal que (prodMatrices p q) es el producto de las matrices p y q. Por
-- ejemplo,
-- ghci> let p = listaMatriz [[3,1],[2,4]]
-- ghci> prodMatrices p p
-- array ((1,1),(2,2)) [((1,1),11),((1,2),7),((2,1),14),((2,2),18)]
-- ghci> matrizLista (prodMatrices p p)
-- [[11,7],[14,18]]
-- ghci> let q = listaMatriz [[7],[5]]
-- ghci> prodMatrices p q
-- array ((1,1),(2,1)) [((1,1),26),((2,1),34)]
-- ghci> matrizLista (prodMatrices p q)
-- [[26],[34]]
-- ---------------------------------------------------------------------
prodMatrices:: Num a => Matriz a -> Matriz a -> Matriz a
prodMatrices p q =
array ((1,1),(m,n))
[((i,j), prodEscalar (filaMat i p) (columnaMat j q)) |
i <- [1..m], j <- [1..n]]
where m = numFilas p
n = numColumnas q
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Matriz identidad --
-- ---------------------------------------------------------------------
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 14. Definir la función
-- identidad :: Num a => Int -> Matriz a
-- tal que (identidad n) es la matriz identidad de orden n. Por ejemplo,
-- ghci> identidad 3
-- array ((1,1),(3,3)) [((1,1),1),((1,2),0),((1,3),0),
-- ((2,1),0),((2,2),1),((2,3),0),
-- ((3,1),0),((3,2),0),((3,3),1)]
-- ---------------------------------------------------------------------
identidad :: Num a => Int -> Matriz a
identidad n =
array ((1,1),(n,n))
[((i,j),f i j) | i <- [1..n], j <- [1..n]]
where f i j | i == j = 1
| otherwise = 0
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 15. Definir la función
-- potencia :: Num a => Matriz a -> Int -> Matriz a
-- tal que (potencia p n) es la potencia n-ésima de la matriz cuadrada
-- p. Por ejemplo, si q es la matriz definida por
-- q :: Matriz Int
-- q = listArray ((1,1),(2,2)) [1,1,1,0]
-- entonces
-- ghci> potencia q 2
-- array ((1,1),(2,2)) [((1,1),2),((1,2),1),((2,1),1),((2,2),1)]
-- ghci> potencia q 3
-- array ((1,1),(2,2)) [((1,1),3),((1,2),2),((2,1),2),((2,2),1)]
-- ghci> potencia q 4
-- array ((1,1),(2,2)) [((1,1),5),((1,2),3),((2,1),3),((2,2),2)]
-- ¿Qué relación hay entre las potencias de la matriz q y la sucesión de
-- Fibonacci?
-- ---------------------------------------------------------------------
q :: Matriz Int
q = listArray ((1,1),(2,2)) [1,1,1,0]
potencia :: Num a => Matriz a -> Int -> Matriz a
potencia p 0 = identidad n
where (_,(n,_)) = bounds p
potencia p n = prodMatrices p (potencia p (n-1))
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Traspuestas --
-- ---------------------------------------------------------------------
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 16. Definir la función
-- traspuesta :: Num a => Matriz a -> Matriz a
-- tal que (traspuesta p) es la traspuesta de la matriz p. Por ejemplo,
-- ghci> let p = listaMatriz [[5,1,0],[3,2,6]]
-- ghci> traspuesta p
-- array ((1,1),(3,2)) [((1,1),5),((1,2),3),
-- ((2,1),1),((2,2),2),
-- ((3,1),0),((3,2),6)]
-- ghci> matrizLista (traspuesta p)
-- [[5,3],[1,2],[0,6]]
-- ---------------------------------------------------------------------
traspuesta :: Num a => Matriz a -> Matriz a
traspuesta p =
array ((1,1),(n,m))
[((i,j), p!(j,i)) | i <- [1..n], j <- [1..m]]
where (m,n) = dimension p
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Submatriz --
-- ---------------------------------------------------------------------
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Tipos de matrices --
-- ---------------------------------------------------------------------
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 17. Definir la función
-- esCuadrada :: Num a => Matriz a -> Bool
-- tal que (esCuadrada p) se verifica si la matriz p es cuadrada. Por
-- ejemplo,
-- ghci> let p = listaMatriz [[5,1,0],[3,2,6]]
-- ghci> esCuadrada p
-- False
-- ghci> let q = listaMatriz [[5,1],[3,2]]
-- ghci> esCuadrada q
-- True
-- ---------------------------------------------------------------------
esCuadrada :: Num a => Matriz a -> Bool
esCuadrada x = numFilas x == numColumnas x
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 18. Definir la función
-- esSimetrica :: (Num a, Eq a) => Matriz a -> Bool
-- tal que (esSimetrica p) se verifica si la matriz p es simétrica. Por
-- ejemplo,
-- ghci> let p = listaMatriz [[5,1,3],[1,4,7],[3,7,2]]
-- ghci> esSimetrica p
-- True
-- ghci> let q = listaMatriz [[5,1,3],[1,4,7],[3,4,2]]
-- ghci> esSimetrica q
-- False
-- ---------------------------------------------------------------------
esSimetrica :: (Num a, Eq a) => Matriz a -> Bool
esSimetrica x = x == traspuesta x
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Diagonales de una matriz --
-- ---------------------------------------------------------------------
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 19. Definir la función
-- diagonalPral :: Num a => Matriz a -> Vector a
-- tal que (diagonalPral p) es la diagonal principal de la matriz p. Por
-- ejemplo,
-- ghci> let p = listaMatriz [[5,1,0],[3,2,6]]
-- ghci> diagonalPral p
-- array (1,2) [(1,5),(2,2)]
-- ghci> vectorLista (diagonalPral p)
-- [5,2]
-- ---------------------------------------------------------------------
diagonalPral :: Num a => Matriz a -> Vector a
diagonalPral p = array (1,n) [(i,p!(i,i)) | i <- [1..n]]
where n = min (numFilas p) (numColumnas p)
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 20. Definir la función
-- diagonalSec :: Num a => Matriz a -> Vector a
-- tal que (diagonalSec p) es la diagonal secundaria de la matriz p. Por
-- ejemplo,
-- ghci> let p = listaMatriz [[5,1,0],[3,2,6]]
-- ghci> diagonalSec p
-- array (1,2) [(1,1),(2,3)]
-- ghci> vectorLista (diagonalSec p)
-- [1,3]
-- ghci> let q = traspuesta p
-- ghci> matrizLista q
-- [[5,3],[1,2],[0,6]]
-- ghci> vectorLista (diagonalSec q)
-- [3,1]
-- ---------------------------------------------------------------------
diagonalSec :: Num a => Matriz a -> Vector a
diagonalSec p = array (1,n) [(i,p!(i,n+1-i)) | i <- [1..n]]
where n = min (numFilas p) (numColumnas p)
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Submatrices --
-- ---------------------------------------------------------------------
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 21. Definir la función
-- submatriz :: Num a => Int -> Int -> Matriz a -> Matriz a
-- tal que (submatriz i j p) es la matriz obtenida a partir de la p
-- eliminando la fila i y la columna j. Por ejemplo,
-- ghci> let p = listaMatriz [[5,1,0],[3,2,6],[4,6,9]]
-- ghci> submatriz 2 3 p
-- array ((1,1),(2,2)) [((1,1),5),((1,2),1),((2,1),4),((2,2),6)]
-- ghci> matrizLista (submatriz 2 3 p)
-- [[5,1],[4,6]]
-- ---------------------------------------------------------------------
submatriz :: Num a => Int -> Int -> Matriz a -> Matriz a
submatriz i j p =
array ((1,1), (m-1,n -1))
[((k,l), p ! f k l) | k <- [1..m-1], l <- [1.. n-1]]
where (m,n) = dimension p
f k l | k < i && l < j = (k,l)
| k >= i && l < j = (k+1,l)
| k < i && l >= j = (k,l+1)
| otherwise = (k+1,l+1)
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Determinante --
-- ---------------------------------------------------------------------
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 22. Definir la función
-- determinante:: Matriz Double -> Double
-- tal que (determinante p) es el determinante de la matriz p. Por
-- ejemplo,
-- ghci> determinante (listArray ((1,1),(3,3)) [2,0,0,0,3,0,0,0,1])
-- 6.0
-- ghci> determinante (listArray ((1,1),(3,3)) [1..9])
-- 0.0
-- ghci> determinante (listArray ((1,1),(3,3)) [2,1,5,1,2,3,5,4,2])
-- -33.0
-- ---------------------------------------------------------------------
determinante:: Matriz Double -> Double
determinante p
| (m,n) == (1,1) = p!(1,1)
| otherwise =
sum [((-1)^(i+1))*(p!(i,1))*determinante (submatriz i 1 p)
| i <- [1..m]]
where (_,(m,n)) = bounds p