18550. Troco

Olá meus amigos nerds. Hoje completa exatamente um ano que eu resolvi um problema relacionado a moedas. E para comemorar, nada melhor do que resolver outro problema do tipo. Vamos tentar verificar se é possível pagar uma conta de modo exato apenas com as moedas que estão em nosso bolso. Já que é isso que o problema 18550. Troco nos pede para fazer. Mais especificamente, dadas m moedas, determinar se é possível somar exatamente v centavos usando um subconjunto dessas moedas.

Solução

Como todo problema de programação dinâmica esse não é fácil. Uma solução que enumere todos os conjutos possíveis de moedas e verifique se eles somam v não viável.

O segredo, para resolver esse problema, esta em pensar o que acontece quando eu pego uma moeda. Suponha que eu conheça todos os valores que eu consigo somar com as moedas restantes, se a cada um desses valores, eu somar a moeda atual eu fico com um novo conjunto de valores que eu consigo somar. A união desse conjunto e do anterior forma todas as somas que eu consigo fazer até o momento.

Isso sugere uma solução usando programação dinâmica. Com 0 moedas eu só consigo somar 0. Adicionando a primeira moeda eu só consigo somar 0 e o valor da moeda. Com a segunda eu já consigo somar 0, o valor da primeira, o valor da segunda e a soma das duas... Ou seja, se eu armazenar para cada valor possível de soma (menor ou igual a v é claro) se é possível somar aquele valor, para adicionar uma moeda é só eu percorrer esse vetor de estados e ir atualizando as posições dele com as novas somas possíveis.

A ideia acima funciona pois: se já é possível somar x com um conjunto de moedas, se eu adicionar mais uma moeda ao problema, continua sendo possível eu somar x (basta eu não usar a nova moeda). Se eu consigo somar a, b e c e eu adiciono outra moeda (d) ao problema eu vou poder somar além de a, b e c, (a+d), (b+d), (c+d). Algoritmicamente falando:

somas_possiveis = {0}
para cada moeda x
    para cada soma em somas_possiveis
        novas_somas += (x+soma)
    somas_possiveis |= novas_somas

Ou considerando que somas_possiveis sera representado por um vetor
somas_possiveis[0] = True
para cada moeda x
    para i=len(somas_possiveis), i >= x, i--
        Se somas_possiveis[i-x]
            somas_possiveis[i] = True

Note que se eu posso somar i-x centavos, se eu adicionar a moeda atual eu posso somar i centavos. O loop é feito de forma decrescente para garantir que eu não use x duas vezes para uma mesma soma, já que i-x ainda não foi calculado para a moeda atual.

Note que a solução apresentada depende do valor de v, ou seja, é uma solução pseudo polinomial. Mais precisamente a complexidade dessa solução é O(v*m), como v e m são relativamente pequenos essa solução é suficiente para conseguirmos superar o time limit.

Implementação

:P O operador -- serve para alguma coisa! Observe que se invertermos a lógica do loop da linha 22 para uma lógica aditiva o programa deixa de produzir a resposta certa, pois nesse caso quebramos nosso invariante de que somas_possiveis[v-moeda] não utiliza a moeda atual para ser somado.