17384. Desfile dos Patos

Olá meus amigos nerds, depois de um bom hiato, devido a eu ter me mudado e ficado algum tempo sem internet :(, estamos de volta para resolver mais problemas.

Mas para compensar hoje vamos resolver um tipo de problema que eu gosto muito: um problema que a solução fácil, não é suficientemente boa, nos forçando a ir além e fazer melhor.

Hoje vamos verificar qual a cor que mais aparece durante um desfile de patos. Já que é isso que o problema 17384. Desfile dos Patos nos pede. Mais especificamente, dada uma fila de patos, em que cada pato tem uma plumagem de cor diferente, determinar qual é a cor majoritária dentre as cores da plumagem dos patos, isto é, a cor que aparece em mais da metade das plumagens.

Solução

Apesar da aparente simplicidade esse problema é bem difícil. Ele possuí um limite de tempo muito apertado, e isso faz com que algo que geralmente não é muito importante, quando tratamos de complexidade de algoritmos, se tornar relevante, as constantes.

Vocês já devem ter percebido que um simples mapa resolve o problema, isto é armazene contadores para cada cor e no final verifique qual cor majoritária. Se implementarmos o mapa como um hash, esse algoritmo é linear. Além disso, ele tem complexidade ótima, já que não é possível resolver esse problema sem analisar cada elemento da lista.

Entretanto o algoritmo acima não é eficiente o suficiente para resolvermos esse problema. Quem diria, um hash não é eficiente o suficiente para resolve-lo! Depois de muito pensar (e até achar que quem inseriu o problema cometeu algum equivoco no time limit), observamos que o problema tem uma característica especial, a cor mais frequente é majoritária, isso é ela tem mais aparições na lista que a soma de todas as outras cores. Isso nos permite abrir mão do hash e usar um único contador para verificar qual é a cor majoritária.

A ideia é a seguinte, se do número de aparições da cor majoritária subtrairmos o número de aparições de cada uma das outras cores, esse resultado é necessariamente maior que 0. Assim, podemos usar um algoritmo guloso para contar a diferença entre o número de aparições da cor majoritária para as outras cores. Podemos iniciar nossa contagem com qualquer cor, já que ao final necessariamente a cor majoritária tem elementos o suficiente para "cancelar" com cada um dos elementos das outras cores. O algoritmo abaixo vai verificando qual a cor majoritária até a 0-ésima posição do vetor, 1-ésima posição, ..., n-ésima, etc

corMajoritaria = 0
cnt = 0
for cor in corPatos
    if cnt == 0
       corMajoritaria = cor
    if cor == corMajoritaria
        cnt++
    else
        cnt--

O algorítmo acima é mais eficiente que um hash, pois não tem que pagar o custo de iterar sobre todos os elementos do hash ao final para verificar qual é o que tem o maior contador.

Implementação