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Estava fazendo exercícios de Python e me deparei com o seguinte problema.

Supondo que a população de um país A seja da ordem de 80000 habitantes com uma taxa anual de crescimento de 3% e que a população de B seja 200000 habitantes com uma taxa de crescimento de 1.5%. Faça um programa que calcule e escreva o número de anos necessários para que a população do país A ultrapasse ou iguale a população do país B, mantidas as taxas de crescimento. Então busquei resolver da seguinte forma:

A = população 1 = 80000

B = população 2 = 200000

tempo = 0

while A != B:
A = A + A*(0.03)
B = B + B*(0.015)
tempo = tempo + 1
else:
print(A,B,tempo)

Conduto, quando rodo o programa, aparece ''inf inf'' para A e B e o tempo dá um número muito grande. Achei uma solução na internet, porém não entendi porque há diferença. A solução só modifica o operador != pelo operador <:

while A < B:
    A = A + A*(0.03)
    B = B + B*(0.015)
    tempo = tempo + 1
    else:
    print(A,B,tempo)

Eu entendo que se A for menor que B a solução também funciona. Mas por que se A for diferente de B a solução não funciona?

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  • 1
    Por que talvez as variáveis sendo comparadas nunca cheguem a um valor exatamente igual, até porque o tipo de dados de ponto flutuante é inerentemente impreciso e não deve ser utilizado em testes de igualdade estrita.
    – anonimo
    26/05/2020 às 1:14

4 Respostas 4

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Modificando um pouco o seu programa, colocando o print dentro do while, podemos entender o que está acontecendo:

a = 80000
b = 200000
tempo = 0
while a != b:
    a += a * 0.03
    b += b * 0.015
    tempo += 1
    print(a, b, tempo)

Esse programa vai imprimir muitas linhas, mas separei essas duas em particular:

500032.13864656974 503413.2186819931 62
515033.10280596686 510964.41696222295 63

Esse é o ponto em que o valor de a passa a ser maior que b (quando tempo é 62, a é menor, mas na iteração seguinte, ele passa a ser maior).

Por isso, se a condição for while a < b, ele vai parar na iteração 62 (pois na 63, o valor de a será maior, fazendo com que o loop pare).

Mas se a condição for while a != b, ele não vai parar nesta iteração, porque os valores de a e b continuam sendo diferentes. E como agora a é maior que b e a está crescendo a uma taxa maior, os valores continuarão diferentes.
O loop só vai parar quando a e b forem iguais. E quando eles ficarão iguais? Nas últimas linhas do programa podemos ver:

inf 1.7702779365710949e+308 46852
inf 1.7968321056196613e+308 46853
inf inf 46854

Como pode ver, chega uma hora que os valores de a e b ultrapassam o máximo permitido para um float e se tornam "infinito". Neste ponto, a e b se tornam iguais e o loop se encerra.


Um outro detalhe é que esse else é desnecessário. Um bloco else associado a um loop é executado sempre que o loop termina sem ser interrompido por um break, mas como nesse caso não tem break, ele sempre será executado. Então você pode fazer simplesmente:

a = 80000
b = 200000
tempo = 0
while a < b:
    a *= 1.03
    b *= 1.015
    tempo += 1

print(a, b, tempo)

Veja que mudei também o cálculo do aumento de a e b (se aumenta 3%, basta multiplicar por 1.03, o mesmo vale para um aumento de 1,5%).

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Existe uma abordagem não iterativa para esse problema.

import math

a = 80000
b = 200000

t = math.ceil(math.log(a/b, 1.015 / 1.03))


print(a * 1.03 ** t, b * 1.015 ** t, t)

Teste no Repl.it

Para entender, um pouco de cálculo vem a calhar.

Olhando o seu problema com atenção é possível identificar que se trata da expansão composta de dois vetores populacionais dada uma frequência temporal comum a ambos.

Equação da expansão populacional

onde:

  • Pa é população inicial de A.
  • Pb é população inicial de B.
  • Ca é a taxa de crescimento de A.
  • Cb é a taxa de crescimento de B.
  • t é o tempo que leva para as duas populações se igualarem

Essa é formula de Bernoulli, é mesma fórmula usada para calcular juros compostos, também é usada para calcular expansão a mediante a taxa versus frequência.

Então para aproveitar essa fórmula dentro da linguagem de programação devemos isolar a incógnita t. Continuando:

inserir a descrição da imagem aqui
inserir a descrição da imagem aqui
inserir a descrição da imagem aqui
inserir a descrição da imagem aqui
inserir a descrição da imagem aqui

Ou seja o momento de intersecção das duas populações é dado por math.log(a/b, 1.015 / 1.03) e é arredondado para cima com ceil() pois o exercício pede a data em anos e para calcular cada população no período de usa-se a fórmula já apresentada P x (1 + C) ^ T.

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A condição que você colocou != ou seja A diferente de B torna o programa tendendo para o infinito. Quando se utiliza o A < B, a condição faz parar o programa ao ter A ficando igual ou sendo maior de B.

-1

Eu não tenho certeza, mas a população de A e B nunca serão iguais além do infinito.

Por isso o EXERCÍCIO fala: A população do país A ultrapasse OU iguale a população do país B, mantidas as taxas de crescimento.

Como não vai igualar o jeito é calcular quando vai ultrapassar

pop_a = 80000
pop_b = 200000
ano_passou = 0 

while pop_a < pop_b:

    ano_passou += 1
    mais_pop_a = pop_a * 3 // 100
    pop_a += mais_pop_a
    mais_pop_b = pop_b * 1.5 // 100
    pop_b += mais_pop_b

    if pop_a > pop_b and pop_a != pop_b: 
        print(f'A população da cidadade A: {pop_a:.0f} habitantes, Passa a população da cidade B: {pop_b} habitantes',end='')
        print(f', após {ano_passou} anos. Além disso, a população de B nunca será exatamente igual à população de A')
        print()
    
    elif pop_a == pop_b:
        print(f'A população da cidade A e da cidade B irão igualar-se após {ano_passou} anos')

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