2019.01.19【BZOJ2820】【洛谷P2257】YY的GCD(莫比乌斯反演)

DarkBZOJ传送门

洛谷传送门


解析:

应教练要求开始准备数论讲义,如今把开通博客以前的写一些数论题目给弄上来。html

显然题目要求的是这个东西: i = 1 n j = 1 m [ g c d ( i , j ) i s   a   p r i m e ] \sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^m[gcd(i,j)\mathrm{is\text{ }a\text{ }prime}] c++

接下来以 P \mathbb{P} 表示素数集合,下面是化简过程。
A n s = p P i = 1 n j = 1 m [ g c d ( i , j ) = p ] Ans=\sum_{p\in \mathbb{P}}\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^m[gcd(i,j)=p] git

定义函数 f f F F 以下: f ( p ) = i = 1 n j = 1 m [ g c d ( i , j ) = p ] f(p)=\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^m[gcd(i,j)=p] F ( p ) = i = 1 n j = 1 m [ p g c d ( i , j ) ] F(p)=\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^m[p\mid gcd(i,j)] web

很显然咱们有 F ( p ) = p d f ( d ) F(p)=\sum_{p\mid d}f(d) F ( p ) = n p m p F(p)=\lfloor\frac{n}{p}\rfloor\lfloor\frac{m}{p}\rfloor app

接下来考虑莫比乌斯反演
f ( p ) = p d μ ( d p ) F ( d ) f(p)=\sum_{p\mid d}\mu(\frac{d}p)F(d) svg

A n s = p P f ( p ) = p P p d μ ( d p ) F ( d ) = p P d = 1 min ( n , m ) p μ ( d ) n d p m d p \begin{aligned} Ans=&\sum_{p\in \mathbb{P}}f(p)\\ =&\sum_{p\in \mathbb P}\sum_{p\mid d}\mu(\frac{d}{p})F(d)\\ =&\sum_{p\in \mathbb P}\sum_{d=1}^{\lfloor\frac{ \min(n,m) }p\rfloor}\mu(d)\lfloor\frac{n}{dp}\rfloor\lfloor\frac{m}{dp}\rfloor \end{aligned} 函数

反演后看着这个神仙式子不少人就想放弃了。spa

不虚啊,虚什么。
这个 d p dp 很烦是吧,那就交换枚举顺序啊code

A n s = D = 1 min ( n , m ) p D , p P μ ( D p ) n D m D = D = 1 min ( n , m ) n D m D ( p D , p P μ ( D p ) ) \begin{aligned} Ans=&\sum_{D=1}^{\min(n,m)}\sum_{p\mid D,p\in \mathbb P}\mu(\frac{D}{p})\lfloor\frac{n}D\rfloor\lfloor\frac{m}D\rfloor\\ =&\sum_{D=1}^{\min(n,m)}\lfloor\frac{n}D\rfloor\lfloor\frac{m}D\rfloor(\sum_{p\mid D,p\in\mathbb P}\mu(\frac{D}p)) \end{aligned} orm

设: g ( D ) = p D , p P μ ( D p ) g(D)=\sum_{p\mid D,p\in \mathbb P}\mu(\frac{D}p)

显然咱们只须要筛出全部的 μ \mu 函数就能够枚举每一个质数,在 O ( n log log n ) O(n\log\log n) 时间内处理出全部 g g 函数的值,以后维护一下 g g 的前缀和,而后整除分块就好了。

可是实际上, g g 也能够在线性筛的时候一块儿处理出来(虽然它并非积性函数)

首先 g ( 1 ) = 0 g(1)=0

对于一个质数 p p g ( p ) = μ ( 1 ) = 1 g(p)=\mu(1)=1

剩下的分状况考虑,若是 p n p\nmid n ,那么 p p 就是增长的一个质因子,那么原来全部有贡献的 μ \mu 都要 × 1 \times -1 ,并且会带入一个新的贡献 μ ( n ) \mu(n) ,因此有 g ( n p ) = μ ( n ) g ( n ) g(np)=\mu(n)-g(n)

若是已经有了 p n p\mid n ,那么除了 μ ( n ) \mu(n) 其余全部变量中都有 p 2 p^2 因此剩余的只有 μ ( n ) \mu(n) 了。

具体实现就请自行参考代码里面的了吧。


代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define ll long long
#define re register
#define gc get_char
#define pc putchar
#define cs const

namespace IO{
	namespace IOONLY{
		cs int Rlen=1<<18|1;
		char buf[Rlen],*p1,*p2;
	}
	inline char get_char(){
		using namespace IOONLY;
		return (p1==p2)&&(p2=(p1=buf)+fread(buf,1,Rlen,stdin),p1==p2)?EOF:*p1++;
	}
	
	inline int getint(){
		re int num;
		re char c;
		while(!isdigit(c=gc()));num=c^48;
		while(isdigit(c=gc()))num=(num+(num<<2)<<1)+(c^48);
		return num;
	}
	inline void outint(ll a){
		static char ch[23];
		if(a==0)pc('0');
		while(a)ch[++ch[0]]=a-a/10*10,a/=10;
		while(ch[0])pc(ch[ch[0]--]^48);
	}
}
using namespace IO;

cs int P=10000007;
int mu[P],prime[P],pcnt;
bool mark[P];
ll sum[P];

inline void linear_sieves(int len=P-7){
	mu[1]=1;
	for(int re i=2;i<=len;++i){
		if(!mark[i])mu[i]=-1,prime[++pcnt]=i,sum[i]=1;
		for(int re j=1;i*prime[j]<=len;++j){
			mark[i*prime[j]]=true;
			if(i%prime[j]==0){sum[i*prime[j]]=mu[i];break;}
			mu[i*prime[j]]=-mu[i];
			sum[i*prime[j]]=mu[i]-sum[i];
		}
	}
	for(int re i=1;i<=len;++i)sum[i]+=sum[i-1];
}

inline ll solve(int n,int m){
	if(n>m)swap(n,m);
	ll ans=0;
	for(int re i=1,j;i<=n;i=j+1){
		j=min(n/(n/i),m/(m/i));
		ans+=(ll)(n/i)*(m/i)*(sum[j]-sum[i-1]);
	}
	return ans;
}

signed main(){
	linear_sieves();
	for(int re T=getint();T--;pc('\n'))outint(solve(getint(),getint()));
	return 0;
}