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【BZOJ3994】[SDOI2015] 约数个数和(莫比乌斯反演)
阅读量:4317 次
发布时间:2019-06-06

本文共 2409 字,大约阅读时间需要 8 分钟。

大致题意:\(d(x)\)\(x\)的约数个数,求\(\sum_{i=1}^N\sum_{j=1}^Md(i·j)\)

莫比乌斯反演

这是一道题。

一个重要的性质

首先我们要先了解\(d(i·j)\)这个函数的性质:

\[d(i,j)=\sum_{x|i}\sum_{y|j}[gcd(x,y)==1]\]

证明: 我也不知道,应该就是枚举\(i\)\(j\)的约数,求出其中不互质的约数对个数,避免重复计算。

一些定义

按照莫比乌斯反演的常见套路,我们可以定义\(f(d)\)\(F(n)\)如下:

\[f(d)=\sum_{i=1}^N\sum_{j=1}^M[gcd(i,j)==d]\]

\[F(n)=\sum_{n|d}f(d)\]

然后由莫比乌斯反演的某些性质,我们可以得到下面这个式子:

\[f(n)=\sum_{n|d}\mu(\lfloor\frac dn\rfloor)F(d)\]

公式化简

首先,题目中已经给出:

\[answer=\sum_{i=1}^N\sum_{j=1}^Md(i·j)\]

由于上面提到的性质,我们可以得到:

\[answer=\sum_{i=1}^N\sum_{j=1}^M\sum_{x|i}\sum_{y|j}[gcd(x,y)==1]\]

根据莫比乌斯函数\(\mu\)的性质\(\sum_{d|n}\mu(d)=[n==1]\),所以,我们可以将\(\mu\)代入,将原式变成这个样子:

\[answer=\sum_{i=1}^N\sum_{j=1}^M\sum_{x|i}\sum_{y|j}\sum_{d|gcd(x,y)}\mu(d)\]

由于这个式子难以操作,因此,我们可以将原式略作修改,改成对\(d\)进行枚举,变成这个样子:

\[answer=\sum_{i=1}^N\sum_{j=1}^M\sum_{x|i}\sum_{y|j}\sum_{d=1}^{min(n,m)}\mu(d)*[d|gcd(x,y)]\]

不难发现,\(\mu(d)\)的值是与\(i,j,x,y\)无关的,因此可以将其单独提出,就变成了这样:

\[answer=\sum_{d=1}^{min(n,m)}\mu(d)\sum_{i=1}^N\sum_{j=1}^M\sum_{x|i}\sum_{y|j}[d|gcd(x,y)]\]

然后,我们可以从枚举\(i,j\)及其约数\(x,y\),转变为直接枚举约数\(x,y\),然后将其贡献乘上约数倍数的个数(这应该还是比较好理解的),于是就有了下面这个式子:

\[answer=\sum_{d=1}^{min(n,m)}\mu(d)\sum_{x=1}^N\sum_{y=1}^M[d|gcd(x,y)]\lfloor\frac Nx\rfloor\lfloor\frac My\rfloor\]

考虑由\(d|gcd(x,y)\)可以得到\(d|x\)\(d|y\),即\(x\)\(y\)\(d\)的倍数所以我们就可以通过直接枚举\(d\)的倍数\(d·x\)\(d·y\)来取代枚举\(x,y\),从而消去\(d|gcd(x,y)\)这个限制:

\[answer=\sum_{d=1}^{min(n,m)}\mu(d)\sum_{x=1}^{\lfloor\frac Nd\rfloor}\sum_{y=1}^{\lfloor\frac Md\rfloor}\lfloor\frac N{d·x}\rfloor\lfloor\frac M{d·y}\rfloor\]

最后,我们可以将原式稍作变动,得到下面这个式子:

\[answer=(\sum_{d=1}^{min(n,m)}\mu(d))(\sum_{x=1}^{\lfloor\frac Nd\rfloor}\lfloor\frac N{d·x}\rfloor)(\sum_{y=1}^{\lfloor\frac Md\rfloor}\lfloor\frac M{d·y}\rfloor)\]

求解答案

不难想到对这个式子中的后两部分进行(貌似需要二次除法分块),然后对\(\mu(d)\)用前缀和预处理一下,就能做到单次询问\(O(\sqrt N)\)的时间复杂度,这样就能过了。

代码

#include
#define max(x,y) ((x)>(y)?(x):(y))#define min(x,y) ((x)<(y)?(x):(y))#define uint unsigned int#define LL long long#define ull unsigned long long#define swap(x,y) (x^=y,y^=x,x^=y)#define abs(x) ((x)<0?-(x):(x))#define INF 1e9#define Inc(x,y) ((x+=(y))>=MOD&&(x-=MOD))#define ten(x) (((x)<<3)+((x)<<1))#define N 50000using namespace std;int n,m;class FIO{ private: #define Fsize 100000 #define tc() (FinNow==FinEnd&&(FinEnd=(FinNow=Fin)+fread(Fin,1,Fsize,stdin),FinNow==FinEnd)?EOF:*FinNow++) #define pc(ch) (FoutSize

转载于:https://www.cnblogs.com/chenxiaoran666/p/BZOJ3994.html

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