Subset Sum Algoritmos e Estruturas de Dados – IF672

Apresentação em tema: "Subset Sum Algoritmos e Estruturas de Dados – IF672"— Transcrição da apresentação:

1 Subset Sum Algoritmos e Estruturas de Dados – IF672

2 Soma de subconjuntos Dado um conjunto de inteiros, existe algum subconjunto dele tal que a soma dos seus elementos seja um valor v’ ?

3 Soma de subconjuntos Dado um conjunto de inteiros, existe algum subconjunto dele tal que a soma dos seus elementos seja um valor v’ ? Exemplo: Dado o seguinte conjunto de inteiros, pergunta-se se existe algum subconjunto tal que sua soma seja 15. { 1, 3, 7, 6, 8}

4 Soma de subconjuntos Dado um conjunto de inteiros, existe algum subconjunto dele tal que a soma dos seus elementos seja um valor v’ ? Exemplo: Dado o seguinte conjunto de inteiros, pergunta-se se existe algum subconjunto tal que sua soma seja 15. { 1, 3, 7, 6, 8} Sim, o subconjunto {1, 6, 8} :)

5 Solução Mas como fazer isto ?
Poderíamos montar todos os subconjuntos possíveis do conjunto e testar se sua soma é o valor esperado. Mas essa solução tem complexidade O(2N), já que precisamos gerar todos os subconjuntos possíveis. :(

6 Solução Mas como fazer isto ?
Poderíamos montar todos os subconjuntos possíveis do conjunto e testar se sua soma é o valor esperado. Mas essa solução tem complexidade O(2N), já que precisamos gerar todos os subconjuntos possíveis. :( Ou poderíamos usar programação dinâmica para resolver este problema. :)

7 Programação Dinâmica Partindo do princípio que resolver o problema para um conjunto de tamanho N-1 é mais fácil do que para um de tamanho N e de que resolver o problema para um valor v’-1 é mais fácil do que resolver para um valor v’ (Subproblemas), então podemos usar a idéia de: Resolver a versão mais simples do problema. Expandir até resolver o problema inicial :P

8 Programação Dinâmica Conjunto { 1, 3, 7, 2, 6} e valor procurado 5.
Vamos criar um array bidimensional sum, tal que: sum[i][j] me diz se eu posso gerar o valor j usando os i primeiros elementos do conjunto. Inicialmente, vamos usar os 0 primeiros elementos do conjunto para gerar o valor 0. sum[0][0] = true; //Já que usando 0 elementos, a soma deles é 0. [trivial] Agora, vamos usar os 0 primeiros elementos para gerar o valor 1. sum[0][1] = false; //Já que a soma de 0 elementos é 0. Para todos os outros valores, sum[0][i] será false.

9 Quantidade de elementos
Programação Dinâmica Tabela para os 0 primeiros elementos Note que não precisamos representar “valores” maiores que o nosso “valor objetivo”. Valores 1 2 3 4 5 true false Quantidade de elementos

10 Programação Dinâmica Conjunto { 1, 3, 7, 2, 6} e valor procurado 5.
Agora, vamos fazer o mesmo processo feito antes, mas agora para os 1-primeiros caras: Para todo valor v’’ do array, faremos: Se eu já conseguia gerar este valor usando os 0 primeiros elementos, então eu ainda posso gerar este valor com os 1 primeiros elementos. E como eu já conseguia gerar este valor v’’, então, agora eu posso gerar este valor v’’ somado ao valor do primeiro elemento do conjunto. Ou seja, usando os 1 primeiros elementos, eu poderei gerar o 0 e o 1. * Usar não significa necessariamente que eu estou somando ele. Significa que eu já analisei a possibilidade de usá-lo e não usá-lo.

11 Quantidade de elementos
Programação Dinâmica Tabela para os 1 primeiros elementos Valores 1 2 3 4 5 true false Quantidade de elementos

12 Programação Dinâmica Conjunto { 1, 3, 7, 2, 6} e valor procurado 5.
Semelhantemente, faremos para todos os k primeiros caras, até usarmos todos os elementos do conjunto. Para todo valor v’’ do array, faremos: Se eu já conseguia gerar este valor usando os k-1 primeiros elementos, então eu ainda posso gerar este valor com os k primeiros elementos. E como eu já conseguia gerar este valor v’’, então, agora eu posso gerar este valor v’’ somado ao valor do k-ésimo elemento do conjunto.

13 Quantidade de elementos
Programação Dinâmica Tabela para os 2 primeiros elementos Valores 1 2 3 4 5 true false Quantidade de elementos

14 Quantidade de elementos
Programação Dinâmica Tabela para os 3 primeiros elementos Valores 1 2 3 4 5 true false Quantidade de elementos

15 Quantidade de elementos
Programação Dinâmica Tabela para os 4 primeiros elementos Valores 1 2 3 4 5 true false Quantidade de elementos

16 Quantidade de elementos
Programação Dinâmica Tabela para os 5 primeiros elementos Valores 1 2 3 4 5 true false Quantidade de elementos

17 Programação Dinâmica Pela resultado final da tabela, podemos ver que há um subconjunto do conjunto inicial, tal que, sua soma é igual ao valor procurado 5.

18 Programação Dinâmica Pela resultado final da tabela, podemos ver que há um subconjunto do conjunto inicial, tal que, sua soma é igual ao valor procurado 5. Analisando um pouco mais a tabela, podemos ver que o valor 5 já poderia ser gerado usando os 4 primeiros elementos da tabela. :)

19 Programação Dinâmica Qual seria a complexidade deste algoritmo?
N elementos Valor procurado V O ( N*V) => O (N) ?

20 Programação Dinâmica Qual seria a complexidade deste algoritmo?
N elementos Valor procurado V O ( N*V) => O (N) ? Não exatamente. Pois V não é uma constante, pois mudando a entrada o seu valor muda. Mas V está atrelado ao valor então dizemos que o algoritmo é pseudo-polinomial.

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