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PESQUISA OPERACIONAL Introdução – Decisão Um profissional que assume uma função de gerente (gestor) em uma empresa logo se depara com situações onde deverá tomar algum tipo de decisão. E é exatamente essa a principal característica deste gerente (gestor) para os outros funcionários: TOMAR DECISÕES. À medida que este profissional vai ascendendo na carreira, os problemas e as decisões vão se tornando mais complexas e de maior responsabilidade. De fato, tomar decisões é uma tarefa básica da gestão, nos seus vários níveis, estratégico, gerencial (tático) ou operacional, devendo ser entendido que o ato de decidir significa fazer uma opção entre alternativas de solução que sejam viáveis de serem aplicadas à situação O que significa decidir ? • “Tomar decisões é o processo de escolher uma dentre um conjunto de alternativas” (Caravantes, 2005: 446) • “ Uma decisão pode ser descrita, de forma simplista, como uma escolha entre alternativas ou possibilidades com o objetivo de resolver um problema ou aproveitar uma oportunidade.” (Sobral, 2008: 98) • “A tomada de decisão ocorre em reação a um problema. Isto é, existe uma discrepância entre o estado atual das coisas e o estado desejável que exige uma consideração sobre cursos de ação alternativos. (...)O conhecimento sobre a existência de um problema e sobre a necessidade de uma decisão depende da percepção da pessoa.” (Robbins, 2005: 111) • “(...)Embora tudo aquilo que um administrador faz envolva a tomada de decisões, isso não significa que todas as decisões sejam complexas e demoradas. Naturalmente, as decisões estratégicas têm mais visibilidade, mas os administradores tomam muitas pequenas decisões todos os dias. Aliás, quase sempre, as decisões gerenciais são de rotina. No entanto, é o conjunto dessas decisões que permite à organização resolver problemas, aproveitar oportunidades e, com isso, alcançar seus objetivos.” (Sobral, 2008: 100) Os Administradores devem ter como objetivo em suas tomadas de decisão: • minimizar perdas, • maximizar ganhos e • alcançar uma situação em que, comparativamente, o gestor julgue que haverá um ganho entre o estado em que se encontra a organização e o estado em que irá encontrar‐se, após implementar essa decisão. Uma pesquisa feita com diferentes tipos de organizações na América do Norte pela State University of Ohio, nos EUA, teve uma conclusão assustadora: os executivos erram a mão em mais de metade das decisões que tomam. E errar a mão, nesse caso, dói no bolso: técnicas equivocadas de tomada de decisão custam bilhões de dólares todo ano em tempo e dinheiro desperdiçados. A razão desse fenômeno, ao que parece, está na maneira como as decisões são tomadas” (Paul Nutt, 1998) Exemplos de Problemas de Decisão Se tanto a Matéria Prima quanto a Mão de Obra são limitados, qual a quantidade de produtos que maximiza o lucro da empresa? Se um dado combustível é obtido de uma mistura de produto de preços variados, qual a composição de menor custo com poder calorífico suficiente? Se existem vários caminhos que ligam duas cidades, qual é o que propicia o menor gasto de combustível? Se o espaço para armazenamento é limitado, de quanto deve ser o pedido de material para atender a demanda de um certo período? Fatores que afetam a decisão Vários fatores afetam a tomada de decisão e entre eles podemos destacar: • Tempo disponível para a tomada de decisão; • A importância da decisão; • O ambiente; • Certeza / incerteza e risco; • Agentes decisores; • Conflito de interesses. Problemas – Tipos Todo o problema de decisão apresenta aquilo que podemos chamar genericamente de DADOS que após o seu processamento irá gerar INFORMAÇÕES. A natureza e a variedade destas informações dependem de cada caso particular: Problemas Estruturados Decisões sob Certeza Variáveis conhecidas e relação entre ação e resultados é determinística. Programação Linear. Decisões sob Risco Variáveis conhecidas e relação entre ação e resultados é probabilística. Decisões sob Incerteza Variáveis conhecidas e relação entre ação e resultados é desconhecida ou incerta. Problemas Não‐Estruturados Uma ou mais de suas variáveis são desconhecidas ou não pode ser determinada com algum grau de confiança. Teoria de filas. DEFINIÇÕES Pesquisa Operacional é uma abordagem científica para a solução de problemas no gerenciamento de sistemas complexos. EURO (Associação das Sociedades de Pesquisa Operacional da Europa) Por meio do uso de técnicas como a modelagem matemática para analisar situações complexas, a Pesquisa Operacional dá aos executivos o poder de tomar decisões mais efetivas e de construir sistemas mais produtivos, baseados em dados mais completos, consideração de todas as alternativas possíveis, previsões cuidadosas de resultados e estimativas de risco e nas mais modernas ferramentas e técnicas de decisão. The Guide to Operational Research, do INFORMS (Institute for Operations Research and the Management Sciences) A Pesquisa Operacional (PO) é uma ciência aplicada voltada para a resolução de problemas reais. Tendo como foco a tomada de decisões, aplica conceitos e métodos de outras áreas científicas para concepção, planejamento ou operação de sistemas para atingir seus objetivos. SOBRAPO (Sociedade Brasileira de Pesquisa Operacional) Pesquisa Operacional é um método científico que provê executivos com uma base quantitativa para decisões concernentes às operações sob seu controle.” Morse & Kimball, 1950, p.1 Desenvolvimento da PO Segunda Guerra Mundial Um grupo de cientistas foi convocado na INGLATERRA para estudar problemas de estratégia e de tática associados com a defesa do país. O objetivo era decidir sobre a utilização eficiente de recursos militares limitados. A convocação deste grupo marcou a primeira atividade formal de pesquisa operacional. Resultados Positivos Os Estados Unidos se motivaram a iniciarem atividades semelhantes. A eles é devida a propagação principalmente à equipe de cientistas liderada por George Bernard Dantzig (1914‐2005), convocada durante a Guerra. Ao esforço de pesquisa, concluído em 1947, deu‐se o nome de: Método Simplex, que tornou possível a solução de problemas de otimização de vários tipos, como transporte, produção, etc Após a 2ª Guerra Mundial Atraiu o interesse de diversas outras áreas: Negócios; Tecnologia; Defesa; Entre outras. Como a natureza dos problemas encontrados é bastante abrangente e complexa, exigindo portanto uma abordagem que permita reconhecer os múltiplos aspectos envolvidos. No Brasil O início da PO no Brasil se deu aproximadamente uma década após sua implantação na Grã‐ Bretanha e nos Estados Unidos, sendo que as aplicações à economia é que motivou os trabalhos pioneiros da PO. Em 1958 teve início o Curso de Engenharia de Produção (em nível de graduação) do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Foram criados os cursos de Programação Linear, Teoria dos Jogos, Simulação, Teoria das Filas e Estatística, oferecidos aos alunos deEngenharia de Produção da USP e do ITA. O primeiro grupo formal de PO estabelecido no Brasil em uma empresa foi o da Petrobrás, criado em 1965. Em 1966 foi realizado no Rio o "Primeiro Seminário de PO no Brasil”, promovido pela Petrobrás. Nesta época foi fundada a SOBRAPO ‐ Sociedade Brasileira de Pesquisa Operacional, que congrega interessados no desenvolvimento e uso de técnicas de PO. Pesquisa Operacional então é... Método científico de tomada de decisão Uma decisão pode ser classificada em estruturada se envolve uma série de fatores que possam ser quantificados, e logo, equacionados; Pesquisa Operacional é uma ferramenta de apoio à decisão estruturada; Definição do Problema Modelagem Estru utura de Mod • Aqu de form min • A fuvalo etc. Fun delos ui devem decisão ma da nimizaçã unção o or do ob .), em fu nção mos ide o. Eles maximiz ão de cu bjetivo bjetivo ( unção da o Obj ntificar apare zação d ustos, pe é a expr lucro,cu as variá etivo o objet ecem g de lucro erdas et ressão q usto, rec veis de o ivo da t eralmen os ou re tc. que calc ceita, pe decisão tomada nte na eceitas, cula o erda o. Vamos lá...mais decisões Considerem: Um fazendeiro deseja determinar quantos acres de trigo e milho ele deve plantar esse ano. Um acre de trigo: ‐ Rende 25 sacas // Requer 10 h trabalho/semana. // a saca vale R$ 4,00 no mercado Um acre de milho: Rende 10 sacas // Requer 4 h trabalho/semana. // A saca vale R$3,00 no mercado. O governo garante a compra de pelo menos 30 sacas de milho/ano. O fazendeiro dispõe: 7 acres de terra // Pode trabalhar 40 horas/semana. Limite de 7 acres ‐ Limite de 40 horas por semana Vamos exercitar 1. Faça o modelo do problema do fazendeiro: • Um fazendeiro deseja determinar quantos acres de trigo e milho ele deve plantar esse ano. • Um acre de trigo rende 25 sacas e requer 10 horas de trabalho/semana. A saca vale R$4,00 no mercado. • Um acre de milho rende 10 sacas e requer 4 horas de trabalho/semana. A saca vale R$3,00 no mercado. • O governo garante a compra de pelo menos 30 sacas de milho/ano. O fazendeiro dispõe de 7 acres de terra e pode trabalhar 40 horas/semana. • O Fazendeiro deseja maximizar seus ganhos. 2. Certa empresa fabrica 2 produtos P1 e P2. O lucro por unidade de P1 é de 100 u.m. e o lucro unitário de P2 é de 150 u.m. A empresa necessita de 2 horas para fabricar uma unidade de P 1 e 3 horas para fabricar uma unidade de P2. O tempo mensal disponível para essas atividades é de 120 horas. As demandas esperadas para os dois produtos levaram a empresa a decidir que os montantes produzidos de P1 e P2 não devem ultrapassar 40 unidades de P1 e 30 unidades de P2 por mês. Construa o modelo do sistema de produção mensal com o objetivo de maximizar o lucro da empresa. 3. Um vendedor de frutas pode transportar 800 caixas de frutas para a sua região de vendas. Ele necessita transportar 200 caixas de laranjas a 20 u. m. de lucro por caixa, pelo menos 100 caixas de pêssegos a 10 u. m. de lucro por caixa e no máximo 200 caixas de tangerinas a 30 u.m. de lucro por caixa. De que forma deverá ele carregar o caminhão para obter o lucro máximo? Construa o modelo do problema. 4. Uma rede de televisão local tem o seguinte problema: foi descoberto que o programa “A” com 20 minutos de música e 1 minuto de propaganda chama a atenção de 30.000 telespectadores, enquanto o programa “B”, com 10 minutos de música e 1 minuto de propaganda chama a atenção de 10.000 telespectadores. No decorrer de uma semana, o patrocinador insiste no uso de no mínimo, 5 minutos para sua propaganda e que não há verba para mais de 80 minutos de música. Quantas vezes por semana cada programa deve ser levado ao ar para obter o número máximo de telespectadores? Construa o modelo do sistema 5. Uma empresa fabrica 2 modelos de cintos de couro. O modelo M1, de melhor qualidade, requer o dobro do tempo de fabricação em relação ao modelo M2. Se todos os cintos fossem do modelo M2, a empresa poderia produzir 1.000 unidades por dia. A disponibilidade de couro permite fabricar 800 cintos de ambos os modelos por dia. Os cintos empregam fivelas diferentes, cuja disponibilidade diária é de 400 para M1 e 700 para M2. Os lucros unitários são de $ 4,00 para M1 e $ 3,00 para M2. Qual o programa ótimo de produção que maximiza o lucro total diário da empresa? Construa o modelo do sistema descrito. 6. Uma empresa, após um processo de racionalização de produção, ficou com disponibilidade de 3 recursos produtivos, R1, R2 e R3. Um estudo sobre o uso desses recursos indicou a possibilidade de se fabricar 2 produtos P 1 e P2. Levantando os custos e consultando o departamento de vendas sobre o preço de colocação no mercado, verificou‐se que P1 daria um lucro de $ 120,00 por unidade e P2, $ 150,00 por unidade. O departamento de produção forneceu a seguinte tabela de uso de recursos. 7. Um fazendeiro está estudando a divisão de sua propriedade nas seguintes atividades produtivas: A (Arrendamento) — Destinar certa quantidade de alqueires para a plantação de cana‐ de‐açúcar, a uma usina local, que se encarrega da atividade e paga pelo aluguel da terra $300,00 por alqueire por ano. P (Pecuária) – Usar outra parte para a criação de gado de corte. A recuperação das pastagens requer adubação (100 kg/alq) e irrigação (100.000 l de água/alq) por ano. O lucro estimado nessa atividade é de $ 400,00/alqueire no ano. S (Plantio da Soja) – Usar uma terceira parte para o plantio da soja. Essa cultura requer 200 Kg/alq de adubos e 200.000 l de água/alq para irrigação por ano. O lucro estimado nessa atividade é de $ 500,00/alqueire no ano. Disponibilidade de recursos por ano: 12.750.000 litros de água; 14.000 kg de adubo; 100 alqueires de terra. Quantos alqueires deverá destinar a cada atividade para proporcionar o melhor retorno? Construa o modelo de decisão. 8. Duas fábricas produzem 3 diferentes tipos de papel. A companhia que controla as fábricas tem um contrato para produzir pelo menos: 16 toneladas de papel fino, 6 toneladas de papel médio e 28 toneladas de papel grosso. Existe uma demanda para cada tipo de espessura. O custo de produção na primeira fábrica é de $ 1.000 e o da segunda fábrica é de $ 2.000 por dia. A primeira fábrica produz 8 toneladas de papel fino, 1 tonelada de papel médio e 2 toneladas de papel grosso por dia, enquanto a segunda fábrica produz 2 toneladas de papel fino, 1 tonelada de papel médio e 7 toneladas de papel grosso. Quantos dias cada fábrica deverá operar para suprir os pedidos mais economicamente? 9. Suponhamos que 8, 12 e 9 unidades de proteínas, carboidratos e gorduras, respectivamente, sejam as necessidades semanais mínimas para cada pessoa. O alimento A (macarronada) contém por quilo 2, 6 e 1 unidade de proteínas, carboidratos e gorduras, e o alimento B (feijoada) contém por quilo 1, 1 e 3 unidades respectivamente. Se A custa 3 unidades monetárias (u.m.) e B custa 2 u.m., quantos quilos de cada um deve‐se comprar por semana para ter a dieta de menor custo? 10. O departamento de marketing de uma empresa estuda a forma mais econômica de aumentar em 30% as vendas de seus dois produtos P1 e P2. As alternativas são: a) Investir em um programa institucional com outras empresas do mesmo ramo. Esse programa requer um investimento mínimo de $ 3.000,00 e deve proporcionar um aumento de 3% nas vendas de cada produto, para cada $ 1.000,00 investidos; b) Investir diretamente na divulgação dos produtos. Cada $ 1.000,00 investidos em P1 retornam um aumento de 4% nas vendas, enquanto que para P2 o retorno é de 10%. A empresa dispõe de $ 10.000,00 para esse empreendimento. Quanto deverá destinar a cada atividade? Construa o modelo do sistema descrito. 11. Uma liga especial constituída de ferro, carvão, silício e níquel pode ser obtida usando a mistura desses minerais puros além de 2 tipos de materiais recuperados: A liga deve ter a seguinte composição final: O custo dos materiais puros são (por Kg): ferro: $0,30; carvão: $0,20; silício: $0,28; níquel:$0,50. Qual deverá ser a composição da mistura em termos dos materiais disponíveis, com menor custo por Kg? Construa o modelo de decisão. 12. Uma rede de depósitos de material de construção tem 4 lojas que devem ser abastecidas com 50 m3 (L1), 80 m3 (L2), 40 m3(L3), 100 m3(L4) de areia grossa. Essa areia pode ser encarregada em 3 portos P1, P2 e P3, cujas distâncias às lojas estão no quadro (em km): O caminhão pode transportar 10 m3 por viagem. Os portos tem areia para suprir qualquer demanda.Estabelecer um plano de transporte que minimize a distância total percorrida entre os portos e as lojas e supra as necessidades das lojas. Construa o modelo linear do problema. PROGRAMAÇÃO LINEAR ‐ MÉTODO GRÁFICO ‐ Solução Gráfica de Problemas de PL A solução gráfica pode ser feita em 03 passos: a) Identificação e construção das retas de restrição; b) Identificação da região viável; c) Identificação do ponto ótimo; O Problema do Desenhista • Um desenhista faz quadros artesanais para vender numa feira que acontece todo dia, à noite; • Ele faz desenhos grandes e desenhos pequenos, e vende‐os por R$5,00 e R$2,00, respectivamente; • Só é possível vender 4 desenhos grandes, e 3 desenhos pequenos por noite; • O desenho grande é feito em uma hora (grosseiro) e o pequeno é feito em duas horas (detalhado). Além disso, o desenhista desenha 8 horas por dia antes de ir para a feira. Determine o Modelo! Gráfico Outro Uma Na fa Na fa A em Sabe‐ Soluç x 14 o Exemplo – empresa po abricação do A empre intensiva abricação do A empres capital). presa dispõe De 18 ho De 12 ho ‐se que os lu Produto 1 ção Gráfica – Para cada Dado um combinaç isolucros x 21 – Resolver !!! de fabricar d o Produto 1 sa gasta nov em mão‐de o Produto 2 sa gasta uma e para um pe ras‐homem; ras‐máquina ucros líquidos 1 $4 e Produ – As Curvas d a valor de Z t valor de Z é ções de prod . xZ ! dois produto ve horas‐ho ‐obra). a hora‐home eríodo de pro e a. s dos produt uto 2 $1. de Níveis (Iso tem‐se uma é possível tra dução dão o x2 4 os (1 e 2). mem e três em e uma ho odução: tos são: olucro) reta no plan çar um lugar mesmo lucro Zx 1 s horas‐máq ora‐máquina o (x2 versus r geométrico o, essas curv uina (a tecn a (a tecnolog x1). o (uma reta) vas são conh nologia utiliz gia é intensiv onde as vári ecidas como ada é va em ias o Soluç Soluç REVIS o o o o ção Gráfica – ção Gráfica – SÃO ‐ Progr o A Compa o C o Margem o C o M o As cadeir o M o A o Cada unid – As Curvas d – Casos onde amação Line nhia MAXIM Cadeiras e M de Contribui Cadeira = $ 8 Mesa = $ 6 ras e mesas s Montagem Acabamento dade dos pro de Níveis (Iso e não há solu ear ‐ Resolve MÓVEIS fabric esas ição Unitária ,00 6,00 são processa odutos conso olucro) ução er !!! ca 2 tipos de a: adas em 2 de ome as segu e produtos: epartamento intes horas n os: na fabricaçãoo: Adaptação para outras formas de modelo 1. Restrições do tipo "=" exigem que seja acrescida uma variável artificial, sem sentido físico, para que a restrição possa compor no tableau original do Simplex. 2. Restrições do tipo ">" exigem, além da variável artificial, também uma variável de excesso, para que a restrição possa compor no tableau original do Simplex. SOLUÇÃO POR SISTEMA DE EQUAÇÕES LINEARES (SEL) • Sistema com n variáveis e m equações (n>m) é indeterminado, apresentando infinitas soluções. • No caso em estudo: o n = 4 o m = 2 • Estratégia de Solução: forma‐se sistema de equações com m variáveis válidas e (n‐m) variáveis de valor zero e resolve‐se o modelo C vezes, de forma iterativa. Proce 1 2 3 4 5 6 7 O método U (i C C d A in edimentos d 1. Introduzi 2. Montar u com os re objetivo t 3. Estabelec originais folga (VA 4. Como pró primeira maior val Se todas nessa linh Se algum valor da f 5. Para esco procedim a) Dividir da coluna nessa col b) O men anulada, 6. Usando o básica nu variável q 7. Retornar A soluçã de um p resolv O proce corr extrem o simplex é u Um algoritmo iterado) segu Cada percurs Conseqüente de outros fác Além das ite nício e um cr do Método S r as variávei um quadro p espectivos si transformad cer uma solu (VARIÁVEIS ARIÁVEIS BÁS óxima variáv linha, a maio lor negativo) as variáveis ha, a solução a dessas var função‐objet olher a variáv mento: os elemento a da variável una, o proce nor coeficient tornando‐se operações co um vetor ide que está sen ao PASSO 4 ão mostrou q problema de ver Sistemas Linear edimento ape retamente, po amente lento maiore MÉ um algoritmo o é um proc uidamente a o do proced emente, um ceis. rações, os a ritério para d implex ‐ Pas s de folga, u ara os cálcul nais e, na pr da. ução básica in NÃO BASICA SICAS). vel a entrar n or contribuiç ). que estão fo o atual é ótim iáveis tiver v tivo. vel que deve os da última que vai entr esso deve pa te indica a e e variável não om as linhas ntidade, ond do anulada. para iniciar que a resolu e PL consiste s de Equaçõe res esar de funcio ode se tornar o para problem es ÉTODO SIMP o. cesso onde até que o res imento siste algoritmo su lgoritmos ta determinar q ssos ma para cad los, colocand rimeira linha nicial, usualm AS) e achand na base, esco ção para o au ora da base t ma. valor nulo, te e deixar a bas coluna pelo rar na base. arar, já que a quação cuja o‐básica. da matriz, tr de o element nova iteraçã ção em es nar mas PLEX um procedim ultado desej emático é cha ubstitui um p ambém inclu quando para a desigualda do os coeficie , incluir os co mente atribu do valores po olher a variáv umento da fu iverem coefi emos outra s se, deve‐se r s correspond Se não houv solução é ili respectiva v ransformar a to 1 aparece ão. mento sistem jado seja obt amado de ite problema dif uem um proc r. ade entes de tod oeficientes d uindo zero às ositivos para vel não‐básic unção objeti icientes nulo solução ótim realizar o seg dentes elem ver elemento imitada. variável básic a coluna da n na linha cor mático é rep tido. eração. fícil por uma cedimento d das as variáve da função‐ s variáveis as variáveis ca que forne vo (ou seja, os ou positivo a, com o me guinte entos positiv o nenhum po ca deverá se nova variável rrespondente petido a série de dar eis de ce, na tem o os esmo vos ositivo r l e à Passo Trans Passo O Prod (maio Se fo máxim o1: Introduz Ma Suj 4x1 + 2x2 2x1 + 4x2 + x sformar a fun de Z para Z o 3, 4 e 5: problema é D n D b Qual de duzir primeir or valor nega x1 Qual vari ormos produ ma possível? 1ª restri ir as variáve ax Z = 8x1 + 6 jeito a: + 1x3 = + + 1x4 = x1, x2, x3 e x4 nção‐objetiv Z = 8x1 + 6x2 ‐ 8x1 ‐ 6x2 = descobrir: Das 2 variáve na base? Das 2 variáve base? everá entrar ro o produto ativo) = ‐8 (coluna iável deverá zir apenas o ? ção: 4x1 + 0x eis de folga 6x2 + 0x3 + 0x = 60 = 48 0 vo: 0 eis não‐básic eis básicas (p na base? o que mais c pivô) e x2 á sair da base o produto qu x2 = 60 M x4 cas (nulas) n positivas) na contribui par = ‐6 e? ue mais cont Max x1 = 15 a primeira s primeira so ra o lucro, c tribui para o solução, qua olução, qual d como indicad lucro (x1), q l deverá se e deverá ser s do na última qual a quant entrar sair da a linha tidade Ou se colun Assim O coe pivô p Nova Para Linha Usan Nova 2 eja: Dividir o na da variáve m o menor va eficiente da pelo número linha pivô = eliminar a no as (exceto a l do se a segu a linha = anti ª restrição: 2 os elementos el que vai ent alor é o mais nova variáv o pivô, de mo antiga linha ova variável inha pivô, sã uinte fórmula iga linha – (c 2x1 + 0x2 = 48 s da última c trar na base. s restritivo e vel básica de odo que: pivô / núme básica das o ão modificad a: coeficiente d 8 Max x1 coluna pelos . Dá‐se o nom everá ser m ero pivô outras equaç das para da coluna piv = 24 s correspond me de linha udado para ões, todas as vô)x nova lin denteseleme pivô +1, dividind s nha pivô entos positiv do‐se toda a vos da linha O coeficiente da nova variável básica deverá ser mudado para +1, dividindo‐se toda a linha pivô pelo número pivô, de modo que: Nova linha pivô = antiga linha pivô / número pivô Para Linha Usan Nova eliminar a no as (exceto a l do se a segu a linha = anti ova variável inha pivô, sã uinte fórmula iga linha – (c básica das o ão modificad a: coeficiente d outras equaç das para da coluna piv ões, todas as vô)x nova lin s nha pivô Outro Maxi (1 (2 (3 x1;x2 ≥ o Exemplo d mizar Z = 3x1 1) x1 ≤ 2) 2x2 3) 3x1+2x2 ≤ ≥ 0 do Método S 1+5x2 sujeit ≤ 4 ≤ 12 ≤ 18 implex to a
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