Quando eu participei da prova do terceiro nível da segunda fase da OBMEP 2019 a questão 5 foi uma que me deixou muito intrigado se a solução que eu desenvolvi durante o teste estava correta. Por causa disso logo após terminar a prova eu fiquei curioso e decidi escrever um algoritmo capaz de resolver o problema.
Essa edição específica da olimpíada foi a minha última aonde eu conquistei minha terceira medalha de ouro.
O problema em questão envolve tabuleiros bacanas, descritos como:
Um tabuleiro preenchido com as letras A, B, C e D é bacana se essas quatro letras aparecem em qualquer quadriculado 2×2 do tabuleiro. Por exemplo, dos tabuleiros abaixo, o da esquerda é bacana e o da direita não é bacana.
\[
\begin{array}{|c|c|c|}
\hline
\text{C}&\text{D}&\text{C}\\
\hline
\text{A}&\text{B}&\text{A}\\
\hline
\text{C}&\text{D}&\text{C}\\
\hline
\end{array}
\\ \space\space\space\space\space
\begin{array}{|c|c|c|}
\hline
\text{C}&\text{B}&\text{C}\\
\hline
\text{C}&\text{D}&\text{A}\\
\hline
\text{A}&\text{C}&\text{B}\\
\hline
\end{array}
\]
Prova e Solução
Especificamente a letra c) da questão 5 pergunta Quantos tabuleiros bacanas 8×8 existem?. Eu não irei entrar em detalhes sobre a solução matemática, visto que a solução oficial acima é similar à minha.
O algoritmo que eu desenvolvi para resolver esse problema envolve o uso dos métodos de força bruta e recursividade. Basicamente cada quadrado, da esquerda para a direita, de cima para baixo, é visitado uma vez para cada uma das letras e calcula recursivamente quantos casos possíveis existem para o próximo quadrado para cada letra, desde ela seja válida. No final todos os casos possíveis retornam 1 e são somados para gerar o resultado.
Como se pode imaginar esse algoritmo não é eficiente, mas esse não foi um objetivo meu de qualquer jeito. Percebe-se que o algoritmo precisa percorrer tantos níveis de recursão quanto quadrados no tabuleiro e que para cada quadrado há 4 casos possíveis e para cada caso é necessário criar uma cópia do tabuleiro.
Por causa disso eu acredito que a complexidade temporal desse algoritmo é \(O\left(4^{n^2}\right)\), enquanto a complexidade espacial é \(O\left(n^2 \times 4^{n^2}\right)\). É claro que isso se aplicaria apenas para o pior caso possível, sendo que na prática a maioria das possibilidades se tornarão inválidas e a recursão interrompida antes de completar todo o tabuleiro, mesmo assim isso demonstra a ineficiência desse algoritmo.
Após terminar esse projeto eu pude verificar que minha solução estava de acordo com o resultado gerado pelo meu algoritmo e depois da liberação das repostas respostas oficiais eu tive a confirmação de que eu respondi corretamente todas as letras dessa questão.
Imagem feita com a biblioteca. As linhas vermelhas marcam o local da repetição.
