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\section{Solução do Problema}
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O problema de organizar os livros para preencher exatamente a prateleira é uma aplicação clássica do problema da \textbf{Soma de Subconjuntos} (\textit{Subset Sum}), que é uma variação do problema da Mochila (0/1 \textit{Knapsack}). Podemos resolvê-lo de forma eficiente utilizando \textbf{programação dinâmica}. A ideia é rastrear todos os comprimentos parciais possíveis que conseguimos formar com as combinações de livros avaliados até o momento.
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\subsection{Definição do Subproblema}
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Seja $T$ o comprimento total da prateleira.
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Definimos o nosso estado da programação dinâmica como um vetor booleano:
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$$dp[j] = \text{1 se for possível formar o comprimento exato } j \text{ com algum subconjunto dos livros.}$$
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O nosso objetivo final é descobrir se, após testar todas as combinações de livros, o estado $dp[T]$ se torna verdadeiro.
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\subsection{Função de Transição}
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Para atualizar os nossos estados, iteramos e avaliamos um livro de cada vez. Seja $x$ a espessura do livro atual.
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A lógica é simples: se já descobrimos que é possível formar uma pilha de livros com espessura exata $j$ (ou seja, $dp[j] == 1$), então, ao colocar esse novo livro na pilha, também seremos capazes de alcançar a espessura $j + x$.
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A transição, pode ser descrita como:
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$$dp[j + x] = dp[j + x] \lor dp[j]$$
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\textbf{Detalhe crucial de implementação:} Para garantir que o bibliotecário use cada livro \textbf{no máximo uma vez}, precisamos percorrer as capacidades de trás para frente (começando em $T - x$ e diminuindo até $0$). Se iterássemos da esquerda para a direita, um livro poderia ser considerado mais de uma vez, o que não é o correto nesse problema.
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\subsection{Casos Base}
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O caso base representa a situação em que não selecionamos livro algum. A soma das espessuras de uma prateleira vazia é zero. Portanto, é sempre possível "formar" o comprimento $0$:
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$$dp[0] = 1$$
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Todos os outros comprimentos no vetor de $1$ a $T$ nascem como $0$ (falsos/impossíveis), pois ainda precisamos descobrir se eles podem ser alcançados utilizando os livros da pilha.
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subset-sum/subset-sum-tutorial.pdf
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subset-sum/subset-sum-tutorial.pdf
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\title{ Tutorial: Prateleira Dourada}
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\author{}
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\date{}
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\begin{document}
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\maketitle
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\section{Solução do Problema}
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O problema de organizar os livros para preencher exatamente a prateleira é uma aplicação clássica do problema da \textbf{Soma de Subconjuntos} (\textit{Subset Sum}), que é uma variação do problema da Mochila (0/1 \textit{Knapsack}). Podemos resolvê-lo de forma eficiente utilizando \textbf{programação dinâmica}. A ideia é rastrear todos os comprimentos parciais possíveis que conseguimos formar com as combinações de livros avaliados até o momento.
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\subsection{Definição do Subproblema}
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Seja $T$ o comprimento total da prateleira.
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Definimos o nosso estado da programação dinâmica como um vetor booleano:
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$$dp[j] = \text{1 se for possível formar o comprimento exato } j \text{ com algum subconjunto dos livros.}$$
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O nosso objetivo final é descobrir se, após testar todas as combinações de livros, o estado $dp[T]$ se torna verdadeiro.
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\subsection{Função de Transição}
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Para atualizar os nossos estados, iteramos e avaliamos um livro de cada vez. Seja $x$ a espessura do livro atual.
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A lógica é simples: se já descobrimos que é possível formar uma pilha de livros com espessura exata $j$ (ou seja, $dp[j] == 1$), então, ao colocar esse novo livro na pilha, também seremos capazes de alcançar a espessura $j + x$.
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A transição, pode ser descrita como:
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$$dp[j + x] = dp[j + x] \lor dp[j]$$
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\textbf{Detalhe crucial de implementação:} Para garantir que o bibliotecário use cada livro \textbf{no máximo uma vez}, precisamos percorrer as capacidades de trás para frente (começando em $T - x$ e diminuindo até $0$). Se iterássemos da esquerda para a direita, um livro poderia ser considerado mais de uma vez, o que não é o correto nesse problema.
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\subsection{Casos Base}
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O caso base representa a situação em que não selecionamos livro algum. A soma das espessuras de uma prateleira vazia é zero. Portanto, é sempre possível "formar" o comprimento $0$:
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$$dp[0] = 1$$
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Todos os outros comprimentos no vetor de $1$ a $T$ nascem como $0$ (falsos/impossíveis), pois ainda precisamos descobrir se eles podem ser alcançados utilizando os livros da pilha.\end{document}
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\documentclass{maratona}
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\begin{document}
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\begin{ProblemaAutor}{}{}{1}{256}{}
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\begin{ProblemaAutor}{}{Prateleira Dourada}{1}{256}{}
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Você foi recentemente contratado como arquivista júnior na Biblioteca Central, lar de manuscritos inestimáveis. Sua primeira grande tarefa é organizar a famosa \textbf{Prateleira Dourada}, um espaço de exposição reservado apenas para as obras mais raras.
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\section{Solução do Problema}
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O problema de planejar as férias de Miguel para minimizar os dias de descanso, respeitando a regra de não repetir a mesma atividade física ou mental em dias consecutivos, pode ser resolvido de forma muito eficiente usando \textbf{programação dinâmica}. A intuição é que a decisão do que fazer no dia atual depende exclusivamente da disponibilidade de atividades no dia e do que Miguel escolheu fazer no dia imediatamente anterior.
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\subsection{Definição do Subproblema}
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Como a restrição olha apenas para a atividade do dia anterior, precisamos carregar essa informação no nosso estado. Definimos o nosso estado da programação dinâmica como:
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dp[i][j] = \text{o número mínimo de dias de descanso acumulados até o dia } i, \text{ dado que a atividade escolhida no dia } i \text{ foi } j.
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Mapeamos os possíveis valores de $j$ (as escolhas de Miguel) da seguinte forma:
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\begin{itemize}
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\item $j = 0$: Descansar
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||||
\item $j = 1$: Participar de uma competição
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\item $j = 2$: Ir à academia
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\end{itemize}
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||||
A resposta final para o problema será o menor valor entre todas as atividades possíveis no último dia de férias: $\min(dp[n][0], dp[n][1], dp[n][2])$.
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\subsection{Função de Transição}
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Para calcular as opções do dia $i$, olhamos para os melhores resultados alcançados no dia $i-1$ e verificamos o que o calendário ($A[i]$) nos permite fazer hoje.
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\textbf{1. Descansar ($j = 0$):}
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Miguel sempre pode descansar em qualquer dia, independentemente do que ele fez ontem. Como descansar adiciona $1$ ao nosso contador de dias de descanso, a transição é:
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$$dp[i][0] = \min \big( dp[i-1][0], dp[i-1][1], dp[i-1][2] \big) + 1$$
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\textbf{2. Competir ($j = 1$):}
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Miguel só pode competir se houver competição hoje ($A[i] == 1$ ou $A[i] == 3$). Além disso, ele não pode ter competido ontem. Logo, os estados válidos anteriores são apenas descanso ($0$) ou academia ($2$):
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$$dp[i][1] = \min \big( dp[i-1][0], dp[i-1][2] \big)$$
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||||
\textit{Se não houver competição hoje, definimos o estado como inalcançável ($dp[i][1] = \infty$).}
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\textbf{3. Ir à academia ($j = 2$):}
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De forma análoga, Miguel só pode treinar se a academia estiver aberta ($A[i] == 2$ ou $A[i] == 3$) e se ele não tiver ido à academia ontem. Os estados válidos anteriores são descanso ($0$) ou competição ($1$):
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$$dp[i][2] = \min \big( dp[i-1][0], dp[i-1][1] \big)$$
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\textit{Se a academia estiver fechada hoje, definimos o estado como inalcançável ($dp[i][2] = \infty$).}
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\subsection{Casos Base}
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||||
Para que as transições do primeiro dia de férias ($i = 1$) funcionem corretamente, inicializamos o dia $0$ (o momento anterior ao início das férias).
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Como antes das férias começarem não há nenhum dia de descanso acumulado, independentemente da atividade "fictícia" que possamos imaginar, zeramos os estados iniciais:
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$$dp[0][0] = 0$$
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$$dp[0][1] = 0$$
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$$dp[0][2] = 0$$
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\documentclass[10pt]{article}
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\usepackage[utf8]{inputenc}
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\usepackage{amsmath,amsthm,amssymb}
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\usepackage{fullpage}
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\pagenumbering{gobble}
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\usepackage{hyperref}
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\title{ Tutorial: Férias}
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\author{Codeforces 363 (Div. 1)}
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\date{}
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\begin{document}
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\maketitle
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\section{Solução do Problema}
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O problema de planejar as férias de Miguel para minimizar os dias de descanso, respeitando a regra de não repetir a mesma atividade física ou mental em dias consecutivos, pode ser resolvido de forma muito eficiente usando \textbf{programação dinâmica}. A intuição é que a decisão do que fazer no dia atual depende exclusivamente da disponibilidade de atividades no dia e do que Miguel escolheu fazer no dia imediatamente anterior.
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\subsection{Definição do Subproblema}
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Como a restrição olha apenas para a atividade do dia anterior, precisamos carregar essa informação no nosso estado. Definimos o nosso estado da programação dinâmica como:
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dp[i][j] = \text{o número mínimo de dias de descanso acumulados até o dia } i, \text{ dado que a atividade escolhida no dia } i \text{ foi } j.
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Mapeamos os possíveis valores de $j$ (as escolhas de Miguel) da seguinte forma:
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\begin{itemize}
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\item $j = 0$: Descansar
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\item $j = 1$: Participar de uma competição
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\item $j = 2$: Ir à academia
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\end{itemize}
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A resposta final para o problema será o menor valor entre todas as atividades possíveis no último dia de férias: $\min(dp[n][0], dp[n][1], dp[n][2])$.
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\subsection{Função de Transição}
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Para calcular as opções do dia $i$, olhamos para os melhores resultados alcançados no dia $i-1$ e verificamos o que o calendário ($A[i]$) nos permite fazer hoje.
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\textbf{1. Descansar ($j = 0$):}
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Miguel sempre pode descansar em qualquer dia, independentemente do que ele fez ontem. Como descansar adiciona $1$ ao nosso contador de dias de descanso, a transição é:
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$$dp[i][0] = \min \big( dp[i-1][0], dp[i-1][1], dp[i-1][2] \big) + 1$$
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\textbf{2. Competir ($j = 1$):}
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Miguel só pode competir se houver competição hoje ($A[i] == 1$ ou $A[i] == 3$). Além disso, ele não pode ter competido ontem. Logo, os estados válidos anteriores são apenas descanso ($0$) ou academia ($2$):
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$$dp[i][1] = \min \big( dp[i-1][0], dp[i-1][2] \big)$$
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\textit{Se não houver competição hoje, definimos o estado como inalcançável ($dp[i][1] = \infty$).}
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\textbf{3. Ir à academia ($j = 2$):}
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De forma análoga, Miguel só pode treinar se a academia estiver aberta ($A[i] == 2$ ou $A[i] == 3$) e se ele não tiver ido à academia ontem. Os estados válidos anteriores são descanso ($0$) ou competição ($1$):
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$$dp[i][2] = \min \big( dp[i-1][0], dp[i-1][1] \big)$$
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\textit{Se a academia estiver fechada hoje, definimos o estado como inalcançável ($dp[i][2] = \infty$).}
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\subsection{Casos Base}
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Para que as transições do primeiro dia de férias ($i = 1$) funcionem corretamente, inicializamos o dia $0$ (o momento anterior ao início das férias).
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Como antes das férias começarem não há nenhum dia de descanso acumulado, independentemente da atividade "fictícia" que possamos imaginar, zeramos os estados iniciais:
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$$dp[0][0] = 0$$
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$$dp[0][1] = 0$$
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$$dp[0][2] = 0$$\end{document}
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