Depois de meses sem postar, resolvi que a partir de agora darei mais atenção pra este blog. Muita gente me manda e-mail e comentários com dúvidas e gostaria de deixar bem claro que eu não faço trabalhos de faculdade pra ninguém, mas que se você tiver uma dúvida real onde eu possa ajudar eu ajudarei de bom grado.

Pensei muito sobre o que postar aqui, tenho rascunhos sobre buscas em grafos e sobre resoluções de problemas de grafos, mas resolvi quebrar toda a ordem e, a partir de um scrap de orkut, acabei me lembrando do problema Escada perfeita, da OBI 2006, e me deu vontade de resolvê-lo aqui.

Por que o problema Escada Perfeita?

A programação deste problema é extremamente simples, mas a sua lógica (matemática pura) é muito inteligente. Tente resolver o problema antes de ver minha solução e, caso não consiga, depois veja como a solução é bonita.

Vamos ao enunciado…

Uma construtora, durante a criação de um parque temático, encontrou no terreno um conjunto de várias pilhas de cubos de pedra. Ao invés de pagar pela remoção dos cubos de pedras, um dos arquitetos da empresa achou interessante utilizar as pedras para decoração do parque, determinando que as pedras fossem rearranjadas no formato de “escada”. para isso, os funcionários deveriam mover alguns cubos para formar os degraus das escadas. Só que o arquiteto decidiu que, entre uma pilha e outra de pedras deveria haver exatamente uma pedra de diferença, formando o que ele chamou de escada perfeita. O exemplo abaixo mostra um conjunto de cinco pilhas de pedras encontradas e as cinco pilhas como ficaram após a arrumação em escada perfeita.

Tarefa

Dada uma seqüência de pilhas de cubos de pedras com suas respectivas alturas, você deve determinar o número mínimo de pedras que precisam ser movidas para formar uma escada perfeita com exatamente o mesmo número de pilhas de pedras encontrado inicialmente (ou seja, não devem ser criadas ou eliminadas pilhas de pedras). O degrau mais baixo da escada deve sempre estar do lado esquerdo.

Entrada

A entrada contém um único conjunto de testes, que deve ser lido do dispositivo de entrada padrão (normalmente o teclado). A primeira linha contém um inteiro n que indica o número de pilhas de pedras. A segunda linha contém N números inteiros que indicam a quantidade de cubos de pedras em cada uma das pilhas, da esquerda para a direita.

Saída

Seu programa deve imprimir, na saída padrão, uma única linha, contendo um inteiro: o número mínimo de cubos de pedras que devem ser movidos para transformar o conjunto de pilhas em uma escada perfeita, conforme calculado pelo seu programa. Caso não seja possível efetuar a transformação em escada perfeita, imprima como resultado o valor -1.

Exemplos

Exemplo 1

Entrada
5
5 4 5 4 2

Saída
5

Exemplo 2

Entrada
6
9 8 7 6 5 4

Saída
9

Exemplo 3

Entrada
2
1 5

Saída
-1

OK. Estão prontos?

Depois de pensar um pouco, conclui-se que:

1. A escada perfeita é uma PA de razão 1 (aumenta de um em um). Você lembra disso do seu primeiro ano do Ensino Médio? Senão, é bom dar uma relembrada. As fórmulas (simples e facilmente deduzíveis) da PA são:

Termo geral da PA

Soma de PA

2. Sabemos quanto vale n (o número de pilhas, número de elementos da PA) e conseguimos calcular a soma de todos os elementos (podemos fazer isso até durante o loop da entrada, certo?)
3. Sabemos quanto vale a razão (r=1).
4. Substituindo o que sabemos nas fórmulas conseguimos formar um sistema de equações básico e desta forma torna-se fácil descobrir o valor do primeiro e do último termo da PA ($a\_{1}$ e $a\_{n}$). Resumindo um pouco os cálculos, depois de alguma manipulação algébrica você chega a:

5. Agora que já sabemos onde começa e onde termina a escada basta fazer um loop em cada fila de blocos e adicionar à uma variável movimentos a quantidade de quadradinhos que estão sobrando nesta fileira (por exemplo, na primeira fileira da figura do enunciado está sobrando três quadradinhos para chegar ao $a\_{1}=2$). Ao mesmo tempo, adicionamos à outra variável (moves) a quantidade de quadradinhos que devem ser retirados ou colocados na fileira (porque depois se esta variável não for igual a 0 imprimimos -1). Ficou claro?

Implementação

Variáveis

• n: número de degraus (fileiras de blocos)
• a: $a\_{1}$, número de blocos do primeiro degrau.
• b: $a\_{n}$ , número de blocos do último degrau.
• soma: $S\_{n}$ , soma da PA.
• pilha[]: vetor de degraus.
• movimentos e moves: explicados no quinto passo da solução.
• i e j: variáveis auxiliares para fazer os loops.

Codeado em C

#include <stdio.h>
#define PMAX 10001

int main() {
    int i, j;
    int n;
    int soma=0;
    int a, b;
    int pilha[PMAX];
    int moves=0;
    int movimentos=0;

    scanf("%d", &n);
    for (i=0; i<n; i++) {
        scanf("%d", &pilha[i]);
        soma+=pilha[i];
    }

    b=(((2*soma)/n)+(n-1))/2;
    a=1+b-n;

    for (i=0; i<n; i++) {
        moves+=(pilha[i]-(i+a));
        if (pilha[i]>i+a) {
            movimentos+=(pilha[i]-(i+a));
        }
    }

    if (moves!=0) {
        printf("-1\n");
    } else {
        printf("%d\n", movimentos);
    }

    return 0;
}

Prontinho! Qualquer dúvida escrevam seus comentários.

Em primeiro lugar, venho por meio deste post comunicar que não uso mais MSN Messenger. O mensageiro instantâneo da Microsoft saiu da minha lista de contas do CenterICQ para a entrada de dois novos e melhores: IRC e GoogleTalk/Jabber. Cheguei a conclusão de que quem quer falar comigo deve usar o que eu uso e não ao contrário, por um motivo óbvio: o meu é melhor que o deles.

Esta decisão fez com que eu perdesse centenas de contatos, mas acho que foi a decisão certa a ser tomada. Quem quiser me contatar agora, pode me adicionar no ICQ como 147330555, GoogleTalk como tmadeira em gmail.com e no IRC/Freenode, como tiagomadeira.

O segundo ponto importante deste post é o anúncio da OBM, Segunda Fase. A prova acontecerá no sábado que vem, dia 03 de setembro. Acho difícil eu conseguir medalha nesse ano (Terceira Fase é difícil!), mas vou tentar me esforçar o máximo possível… Esta semana tivemos o treino para olimpíadas com o Vavá, aprendi algumas coisas úteis. E ontem conversei com o César Kawakami no ICQ que me deu umas dicas interessantes também sobre Teoria dos Números. Vou tentar aprender alguma coisa sobre isso nos próximos dias…

As aulas de matemática dessa semana foram pouco produtivas porque eu andei faltando algumas para a divulgação do fórum do colégio. Então, só deu pra fazer dois problemas: a implementação da Máxima Subcadeia Comum (LCS/Programação Dinâmica):

//LCS - Longest Common Subsequence
//Programação Dinâmica - MSC - Maior Subcadeia Comum

#include <stdio.h>
#define SMAX 1001
#define DIAGONAL 1
#define LADO 2
#define CIMA 3


//n = tamanho de x
//m = tamanho de y

int c[SMAX][SMAX], b[SMAX][SMAX], n, m;
char x[SMAX], y[SMAX];

int lcs_recupera(int i, int j) {
	if (i==0||j==0) {
		return 0;
	}
	if (b[i][j]==DIAGONAL) {
		lcs_recupera(i-1, j-1);
		printf("%c", x[i]);
	} else if (b[i][j]==CIMA) {
		lcs_recupera(i-1, j);
	} else {
		lcs_recupera(i, j-1);
	}
}

int main() {
	int i, j;


	printf("LCS - Longest Common Subsequence\nPor Tiago Madeira\n\n");
	printf("Digite o tamanho da string X: ");
	scanf("%d", &m);
	printf("Digite o tamanho da string Y: ");
	scanf("%d", &n);

	scanf("%*c");
	printf("Digite a string X: ");
	for (i=1; i<=m; i++) {
		scanf("%c", &x[i]);
		c[i][0]=0;
	}
	scanf("%*c");
	printf("Digite a string Y: ");
	for (i=1; i<=n; i++) {
		scanf("%c", &y[i]);
		c[0][i]=0;
	}

	printf("\nPrograma raciocinando...\n");
	for (i=1; i<=m; i++) {
		for (j=1; j<=n; j++) {
			if (x[i]==y[j]) {
				c[i][j]=c[i-1][j-1]+1;
				b[i][j]=DIAGONAL;
			} else {
				if (c[i][j-1]>c[i-1][j]) {
					c[i][j]=c[i][j-1];
					b[i][j]=LADO;
				} else {
					c[i][j]=c[i-1][j];
					b[i][j]=CIMA;
				}
			}
		}
	}

/*	printf("\nMATRIX C\n");
	for (i=1; i<=m; i++) {
		for (j=1; j<=n; j++) {
			printf("%d ", c[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}

	printf("\nMATRIX B\n");
	for (i=1; i<=m; i++) {
		for (j=1; j<=n; j++) {
			printf("%d ", b[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}
*/

	lcs_recupera(m, n);
	printf("\n");
}

e um programa bem ridículo para calcular os termos e a soma de uma PA (é o que o prof. tá ensinando, aí achei bom pra fazer os exercícios mais rápido…):

//Aplicar as fórmulas das PAs

//Progressão Aritmética
//Programa desenvolvido por Tiago Madeira (c) 2005.

#include <stdio.h>
#define MAX 1000001

long double a[MAX], s[MAX];

int main() {
	long double r;
	int n;

	printf("Primeiro termo da PA: ");
	scanf("%Lf", &a[1]);
	printf("Razão da PA: ");
	scanf("%Lf", &r);

	//Eu podia fazer só pros que vão ser usados, mas não sei porquê, deu vontade de fazer assim... =)
	printf("\nAguarde o problema raciocinar tudo que ele tem para raciocinar...\n");
	for (n=2; n<MAX; n++) {
		a[n]=a[1]+r*(n-1);
		s[n]=(a[1]+a[n])*n/2;
	}

	printf("\nE agora, digite números para o programa dizer A e S dele.\n");
	do {
		printf("Número: ");
		scanf("%d", &n);
		if (!n) {
			break;
		}
		printf("Número na posição N = %.Lf\nSoma de 1 a N = %.Lf\n\n", a[n], s[n]);
	} while (n);

}

No começo do mês que vem é o Festival de Música de Itajaí. Acho que vou fazer oficina de Piano Popular avançado com o Prof. Michel Freidenson, que foi quem me deu aulas numa oficina semelhante há dois anos. A semana da música vai contar também com uns shows bem legais e o site oficial é este aqui.