class-01.hs

-- IT314. Функциональное программирование
-- Занятие 1

-- 1) Функция без параметров (= константа)

hello :: String -- типовая аннотация (сигнатура)
hello = "Hello, world"

{-
  Запустите интерпретатор ghci (из каталога, в котором находится этот файл),
  загрузите этот файл:

> :load class-01

  и вызовите функцию hello:

> hello

-}

-- 2) Объявление функций

-- тип функции: Два параметра типа Double и результат того же типа
avg :: Double -> Double -> Double
avg a b = (a + b)/2

{-

  Пример вызова (передача параметров через пробел,
  пробел -- это операция вызова функции (применение)!):

> avg 5 9
7.0

  Функция может вызываться инфиксно:

> 5 `avg` 9
7.0

  а) Вычислите в ghci среднее арифметическое следующих пар чисел: 332 и 723, 34.34 и 93.27.
     Впишите ответы:
	527.5
	63.805
  б) Напишите функцию avg3, вычисляющую среднее арифметическое трёх заданных чисел.
     Проверьте результаты её работы на двух тройках чисел.

-}

avg3 :: Double -> Double -> Double -> Double
avg3 a b c = avg a (avg b c)

{-
   После определения функции avg3 этот файл следует перезагрузить. Для этого в ghci необходимо выполнить
   команду :reload (или :r).

   Результаты проверки:

	> avg3 1 2 3
	1.75
	> avg3 1.1 2.5 3.9
	2.1500000000000004

-}

-- 3) Выражения

{-
   Вычислите и сохраните в этом файле значения следующих выражений,
   обращая внимание на обозначения и приоритеты операций, стандартные функции,
   расстановку скобок:

    2 + 3 -> 5
    mod 10 4 -> 2
    10 `mod` 4 -> 2
    True && 5 < 10 -> True
    5 < 7 || 10 > 3 -> True
    sqrt (-2) -> NaN
    sqrt (sqrt 16) -> 2.0
    let x = 4 in (sin x)^2 + (cos x)^2 -> 1.0
    x -> Not in scope: 'x' (в консоли не умею многострочные набирать...)
    7^(-1) -> Exception: Negative exponent
    error "AAAA!!!!" -> Exception: "AAAA!!!!"
    12345^54321 -> <очень много цифр>
    2 < 3 || 9999954321^99912345 > 12345^54321 -> True

-}

-- 4) Типы

{-
  Тип выражения можно узнать, воспользовавшись командой интерпретатора :t, например:

> :t 'a'
'a' :: Char
> :t 1
1 :: Num a => a

  Запись "1 :: Num a => a" означает, что выражение "1" имеет тип "a", где "a" принадлежит
  классу типов Num (имеет экземпляр класса типов Num, является числовым типом).

  Определите и сохраните в этом файле типы следующих выражений:
   5 :: Num a => a
   5 :: Fractional a => a
   sqrt 4 :: Floating a => a
   sqrt 4.0 :: Floating a => a
   2+3 :: Num a => a
   5<7 :: Bool
   if 2 > 3 then 7 else 5 :: Num a => a
   5 > 6 && False :: Bool

   Команда ":set +t" включает режим, при котором печатается тип каждого вычисляемого выражения.
   Команда ":set +s" включает режим, при котором печатается время вычисления каждого выражения.

-}

-- 5) Объявление функций (2)

-- а) Удвоение значения заданного числа
-- (типовая аннотация здесь означает, что функция принимает один параметр типа a и возвращает значение
--  типа a, причём тип a принадлежит классу типов Num)
double :: Num a => a -> a
double a = a + a

-- б) Утроение заданного числа
--    (типовую аннотацию и образцы параметров следует написать самостоятельно)
triple :: Num a => a -> a
triple a = a + double(a)

-- в) Определение наибольшего из трёх заданных целых чисел (можно воспользоваться стандартной
--    двухаргументной функцией max).
max3 :: Ord a => a -> a -> a -> a
max3 a b c = max a (max b c)

{-
  Проверка:
> max3 87 34 209
209
> max3 22 28 30
30
> max3 12 25 (-7)
<ошибка>

-}

-- г) Функция, возвращающая True тогда и только тогда, когда оба ее аргумента равны True
-- (пользоваться стандартными логическими операциями не следует, обратите внимание на
--  образцы параметров функции, последняя строка -- "во всех остальных случаях").
bothTrue :: Bool -> Bool -> Bool
bothTrue True True = True
bothTrue _  _ = False


-- д) Функция, возвращающая True, если только один из её аргументов равен True,
-- и False в противном случае (пользоваться стандартными логическими операциями не следует).
oneTrue :: Bool -> Bool -> Bool
oneTrue True False = True
oneTrue False True = True
oneTrue _ _ = False

-- е) Дана температура в градусах Фаренгейта. Вычислить соответствующую температуру
-- в градусах Цельсия.
f2c :: Double -> Double
f2c f = (f - 32.0) * 5.0 / 9.0

{-
   ж) Найти наибольший общий делитель двух целых чисел, пользуясь
      алгоритмом Евклида (псевдокод):
      НОД(a, 0) = a.
      НОД(a, b) = НОД(b, a mod b), если b ≠ 0; 
-}
-- gcd' :: ???
gcd' :: Int -> Int -> Int
gcd' a 0 = a
gcd' a b = gcd' b (a `mod` b)

-- з) Функция, возвращающая название дня недели по его номеру (от 1 до 7),
--    если номер неправильный, генерируется исключение (функция error).
--    В реализации следует пользоваться сопоставлением с образцами.
dayOfWeek :: Int -> String
dayOfWeek 1 = "Понедельник"
dayOfWeek 2 = "Вторник"
dayOfWeek 3 = "Среда"
dayOfWeek 4 = "Четверг"
dayOfWeek 5 = "Пятница"
dayOfWeek 6 = "Суббота"
dayOfWeek 7 = "Воскресенье"
dayOfWeek _ = error "Нет такого дня"

-- Далее типовые аннотации, если их нет, следует писать самостоятельно.

-- 6) Условное определение функции

-- Пример.
-- Определение знака числа (-1, 0, 1). Класс типов Ord определяет операции сравнения.
sign :: (Num a, Ord a) => a -> Int
sign a
   | a < 0 = -1
   | a == 0 = 0
   | otherwise = 1

{-
   а) Найти значение функции f(x), вычисляемое по правилу:
          −x,   если x ≤ 0,
	  x^2,  если 0 < x < 2,
          4,    если x ≥ 2.
-}

eval_f :: (Num a, Ord a) => a -> a
eval_f x
	| x < 0 = (-x)
	| x >= 2 = 4
	| otherwise = x^2

-- б) Написать функцию, возвращающую текстовую характеристику ("hot", "warm", "cool", "cold")
-- по заданному значению температуры в градусах Цельсия.
describeTemperature :: Double -> String
describeTemperature t
	| 50.0 < t = "hot"
	| 25.0 < t && t <= 50.0 = "warm"
	| 15.0 < t && t <= 25.0 = "cool"
	| t <= 15.0 = "cold"

{- 
   в) (*) Дан список температур в градусах Фаренгейта. Вывести для каждого значения
    соответствующую текстовую характеристику.

  Решение:
> map (describeTemperature . f2c) [82, 94, 50, 65, 34]

  В этом решении с помощью операции (.) строится композиция (суперпозиция) функций
  и получившаяся функция применяется функцией map к каждому элементу списка.
-}

-- 7) Рекурсия

-- Пример. Вычислить сумму всех целых чисел от 1 до n (где n >= 1):
sum_n 1 = 1
sum_n n
  | n > 1 = n + sum_n (n-1)
  | otherwise = error "n should be >= 1"

-- а) Вычислить сумму всех целых чисел от a до b включительно.
sum_ab :: Int -> Int -> Int
sum_ab a b
	| a < b = b + sum_ab a (b-1)
	| otherwise = a

{-
   б) Числовая последовательность определяется следующим образом:
      a1 = 1, a2 = 2, a3 = 3, a_k = a_{k−1} + a_{k−2} − 2*a_{k−3}, k = 4, 5, ...
      Вычислить её n-й элемент.
-}
eval_a_n :: Int -> Int
eval_a_n n = aux 1 2 3 n
	where
		aux a b c n
			| n > 4 = aux b c (c+b-2*a) (n-1)
			| n==4 = c + b - 2*a
			| otherwise = n

-- в) Вычислить, пользуясь рекурсией, n-ю степень числа a (n - целое):
pow :: Integer -> Integer -> Integer
pow a n
	| n > 1 = a * pow a (n-1)
	| otherwise  = a

-- г) Пользуясь ранее написанной функцией pow, вычислить сумму: 1^k + 2^k + ... + n^k.
sum_nk :: Integer -> Integer -> Integer
sum_nk k n
	| n >= 1 = n `pow` k + sum_nk k (n-1)
	| otherwise = 0

-- д) Сумма факториалов чисел от 1 до n. 
sum_fact :: Integer -> Integer
sum_fact 1 = 1
sum_fact n = fact n + sum_fact (n-1)
  where
    fact n 
		| n > 0 =  n * fact (n-1)

-- е) Количество цифр целого числа
number_digits :: Int -> Int
number_digits a
	| a > 0 = 1 + number_digits (a `div` 10)
	| otherwise = 0

-- ж) Проверить, является ли заданное число простым.
isPrime :: Integer -> Bool
isPrime a = loop a hlimit
	where
		hlimit = (floor . sqrt . fromInteger) a
		loop a v
			| v >= 2 = if (a `mod` v == 0) then False else loop a (v-1)
			| otherwise = True

-- 8) Разное

{-
   а) Дан номер года (положительное целое число). Определить количество дней в этом году,
  учитывая, что обычный год насчитывает 365 дней, а високосный — 366 дней. Високосным
  считается год, делящийся на 4, за исключением тех годов, которые делятся на 100 и
  не делятся на 400 (например, годы 300, 1300 и 1900 не являются високосными,
  а 1200 и 2000 — являются).
-}

nDays :: Int -> Int
nDays year
	| isLeap year == True = 366
	| otherwise = 365
	where
		isLeap y
			| y `mod` 100 == 0 && (not (y `mod` 400 == 0)) = False
			| y `mod` 4 == 0 = True
			| otherwise = False