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\documentclass[10pt]{article}
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\title{ Tutorial: Caching Offline}
\author{}
\date{}
\begin{document}
\maketitle
O problema consiste em simular um gerenciador de cache e determinar o número mínimo de falhas de página. Como a sequência completa de requisições é conhecida previamente, podemos utilizar uma estratégia gulosa para resolver o problema.
\subsection*{Representação do estado}
\begin{itemize}
\item A memória principal (cache) é representada por um conjunto (\textit{hash set}), que armazena os identificadores das páginas atualmente carregadas, permitindo consultas em tempo constante.
\item O histórico futuro de cada página é mapeado em vetores, registrando todos os índices (momentos no tempo) em que cada página será requisitada.
\item Um vetor de ponteiros auxiliares acompanha qual a próxima ocorrência futura correspondente para cada página.
\end{itemize}
\subsection*{Estratégia de solução usando Algoritmo Guloso}
A estratégia ótima dita que, quando a cache estiver cheia e ocorrer uma falha, a página a ser substituída deve ser aquela que demorará mais tempo para ser referenciada novamente no futuro.
\begin{enumerate}
\item Leia a capacidade da cache ($k$) e o tamanho da sequência de requisições ($v$).
\item Faça um pré-processamento da sequência de páginas:
\begin{itemize}
\item Armazene a sequência original em um vetor.
\item Para cada página lida, adicione o índice atual à sua respectiva lista de referências futuras.
\end{itemize}
\item Inicialize a cache vazia, o controle de progresso das referências futuras e o contador de falhas (\textit{misses}).
\item Percorra a sequência de requisições passo a passo:
\begin{itemize}
\item Se a página atual \textbf{não} estiver na cache, ocorreu uma falha de página. Incremente o contador de \textit{misses}.
\item Se a cache já estiver cheia (tamanho igual a $k$) no momento da falha, é necessário eleger uma página residente para remoção:
\begin{itemize}
\item Inspecione todas as páginas atualmente na cache.
\item Se alguma página não possuir mais requisições futuras, ela é a candidata ideal e deve ser escolhida para remoção imediata.
\item Caso contrário, compare a próxima requisição de todas e encontre aquela que vai demorar mais tempo para aparecer de novo (índice mais distante no futuro), removendo-a.
\end{itemize}
\item Insira a nova página na cache.
\item Ao final de cada iteração, independentemente de ter ocorrido acerto ou falha, avance o ponteiro de ocorrências da página que acabou de ser processada.
\end{itemize}
\item Ao término da simulação, imprima o total de falhas contabilizadas.
\end{enumerate}\end{document}

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\documentclass{maratona}
\begin{document}
\begin{ProblemaAutor}{}{Caching Offline}{1}{256}{}
Dado um sistema com memória principal dividida em \( k \) frames, deseja-se gerenciar uma sequência de requisições de páginas de modo a minimizar falhas de memória (\textit{cache misses}).
Considere que a sequência de páginas referenciadas \( (v_0, v_1, \ldots, v_{n-1}) \) é conhecida a priori, onde cada \( v_i \) representa o identificador de uma página. Inicialmente, a cache (memória principal) encontra-se vazia.
O objetivo é projetar um algoritmo que determine a \textbf{menor quantidade possível de falhas de página} para a sequência dada. Uma falha ocorre sempre que uma página referenciada não está presente em um dos \( k \) frames disponíveis. Se a cache estiver cheia e uma nova página precisar ser carregada, uma das páginas residentes deve ser substituída.
\Entrada
A entrada é composta por duas linhas.
A primeira linha contém dois inteiros: \( k \) (\( 1 \le k \le 1000 \)), representando a quantidade de frames disponíveis na memória, e \( n \) (\( 1 \le n \le 1000 \)), representando o número total de referências na sequência de páginas.
A segunda linha contém \( n \) inteiros positivos \( v_i \) (\( 1 \le v_i \le 1000 \)), representando os identificadores de cada página na sequência de referências.
\Saida
A saída deve conter uma única linha.
Deve ser impresso um único inteiro representando o \textbf{menor número de falhas de página} (\textit{cache misses}) que podem ser obtidos para a sequência e capacidade de memória fornecidas.
\ExemploEntrada
\begin{Exemplo}
\texttt{1~3} & \texttt{3}\\
\texttt{1~2~3} & \\
\rowcolor{gray!20}\texttt{2~5} & \texttt{3}\\
\rowcolor{gray!20}\texttt{1~2~3~1~1} & \\
\texttt{5~10} & \texttt{5}\\
\texttt{1~2~3~4~5~5~4~3~2~1} & \\
\end{Exemplo}
\Notas
No primeiro caso de teste, temos \( k=1 \) frame e uma sequência de 3 referências: \((1, 2, 3)\). Como a memória só pode comportar uma página por vez e todas as referências são para páginas diferentes, cada nova requisição resultará em uma falha (\textit{miss}) para carregar a página atual e substituir a anterior. Portanto, o total de falhas é 3.
No segundo caso, a memória possui \( k=2 \) frames e a sequência é \((1, 2, 3, 1, 1)\).
\begin{itemize}
\item As páginas 1 e 2 são carregadas inicialmente, causando 2 falhas.
\item Quando a página 3 é requisitada, a memória está cheia, com as páginas \{1, 2\}. Substitui-se a página 2 pela 3, \{1, 3\}.
\item As referências subsequentes para a página 1 já estão na memória.
\item O número mínimo de falhas é 3.
\end{itemize}
No terceiro caso, com \( k=5 \) frames e a sequência \((1, 2, 3, 4, 5, 5, 4, 3, 2, 1)\), o número de páginas distintas na sequência é exatamente 5. Como a capacidade da memória é suficiente para manter todas as páginas únicas da sequência simultaneamente, ocorrem apenas as 5 falhas iniciais para o preenchimento da cache. Uma vez que todas as páginas estão carregadas, as referências de volta (\(5, 4, 3, 2, 1\)) resultam todas em acertos (\textit{hits}). O total de falhas é 5.\end{ProblemaAutor}
\end{document}