Lista de probleme 2

Tocmai ai primit o foaie dreptunghiulară (foarte mare) de dimensiuni N⨯M, împărțită în pătrățele de 1⨯1. Fiecare pătrățel este colorat pe ambele părți cu una din cele 26 de culori existente în univers, identificată pentru simplitate printr-un caracter mic al alfabetului englez.

Neavând ceva mai bun de făcut în timpul probei de baraj, te-ai gândit să înveți origami. Totuși, cum nu oricine este maestru în origami și acest sport necesită experiență și viziune artistică (lucruri pe care, bineînțeles, le vei dobândi cu timpul), ai hotărât că, pentru început, este mai interesant să împăturești foaia într-un mod clar stabilit.

Mai exact, la fiecare pas vei alege o dreaptă (orizontală sau verticală) situată între două linii (respectiv coloane) consecutive și vei “îndoi” jumătatea mai mică peste cea mare doar dacă culorile se vor suprapune perfect. Un exemplu de o astfel de îndoire validă este prezentat mai jos:

După orice îndoire vei obține un nou model (bineînțeles, de dimensiuni mai mici). În cazul în care cele două jumătăți sunt egale, ambele variante de îndoire sunt valide. Maestru în algoritmi și structuri de date eficiente, observi imediat că, după orice îndoitură, modelul rezultat va constitui o submatrice din modelul inițial. Natural, îți vine următoarea
întrebare:

“Câte submatrice distincte pot obține, îndoind foaia de un număr arbitrar de ori (sau deloc), fără a roti foaia sau a o întoarce pe cealaltă parte?”

Formal, două submatrice se consideră distincte, dacă măcar unul din cele patru colțuri diferă de la o submatrice la alta (ca indici).

Sufle este un personaj cu urechi ascuțite, îndrăgostit de algoritmică. El are o antipatie profundă față de Aisimok, cel care îl tot provoacă să rezolve probleme folosind tot felul de formule. Sufle a botezat aceste probleme Emsiteanap. Astăzi Aisimok i-a aruncat tânărului Sufle o nouă provocare:

Pentru oricare două numere naturale se definește următoarea operație:

• se consideră reprezentările în baza 2 pentru cele două numere;
• se alege o poziție în reprezentarea binară a primului număr;
• se schimbă cifra situată pe acea poziție în primul număr cu cifra aflată pe exact aceeași
  poziție în al doilea număr. (Observați cum Aisimok, obsedat de matematică, nu a folosit termenul bit, tocmai pentru a-l irita pe Sufle.)

Pentru un șir oarecare de numere naturale, se poate aplica de oricâte ori și asupra oricăror două numere operația descrisă mai sus. Scopul final este ca suma pătratelor numerelor din șir să ajungă la valoarea minim posibilă. Denumim costul șirului acestă valoare minimă.

Pentru a deveni și mai antipatic, Aisimok îi cere lui Sufle să calculeze aceast cost pentru mai multe subsecvențe ale unui șir dat. Costul unei subsecvențe este egal cu costul șirului definitit de subsecvența dată.

Cerința: Pentru un șir cunoscut și pentru mai multe subsecvențe date să se calculeze suma minimă a pătratelor numerelor din subsecvență după aplicare a operației descrise, de oricâte ori se consideră necesar și asupra oricăror numere din subsecvență.