【BZOJ3309】DZY Loves Math - 莫比乌斯反演

题意:

对于正整数n,定义$f(n)$为$n$所含质因子的最大幂指数。例如$f(1960)=f(2^3 * 5^1 * 7^2)=3$,$f(10007)=1$,$f(1)=0$。
给定正整数$a,b$,求

$$\sum\limits_{i=1}^{a}\sum\limits_{j=1}^{b}f(gcd(i,j))$$

多组数据,$T\leq 10000$

$1\leq a,b\leq 10^7$

题解:

还是莫比乌斯反演,设$a<b$:

$$\sum\limits_{i=1}^{a}\sum\limits_{j=1}^{b}f(gcd(i,j))$$

$$=\sum\limits_{d=1}^{a}f(d)\sum\limits_{k=1}^{\lfloor\frac{a}{d}\rfloor}\mu(k)\lfloor\frac{a}{kd}\rfloor\lfloor\frac{b}{kd}\rfloor$$

$$=\sum\limits_{i=1}^{a}\lfloor\frac{a}{i}\rfloor\lfloor\frac{b}{i}\rfloor\sum\limits_{d|i}f(d)\mu(\frac{i}{d})$$

设$g(n)=\sum\limits_{d|n}f(d)\mu(\frac{n}{d})$,分析这个函数的性质;

先将$n$质因数分解,$n=\prod\limits_{i=1}^{l}p_i^{a_i}$,设$k=max\{a_i\}$;

显然当且仅当$\frac{n}{d}$每个质因子次数都不超过1时$\mu(\frac{n}{d})$才非零,所以$f(d)$的值只能取到$k$或者$k-1$;

那么可以将所有$a_i$分成两个集合,$A$集合表示取到$k$的,$B$集合表示小于$k$的,显然$g$的取值由$A$中的元素决定;考虑$d$减少了哪些质因数的次数,如果有$A$集合中的元素被选到,则剩下的在$B$集合中的选择奇偶可能性相同;

根据$\mu$的定义可以知道,奇数会产生1的贡献,偶数则会产生-1的贡献,则全部的贡献加起来就为0;

如果不选$A$中的元素,则对B也类似分成两半来讨论,最终还是会得到0;

因此只有$a_i$全相等的情况才会产生非零的答案;

在里面任意选奇数或偶数个方案数依然相等,加起来贡献为0,但是特殊情况是全选时,此时$f$的值为$k-1$(其他情况为$k$),因此要多减去一个1;

所以此时$g(n)=(-1)^{l+1}$,其他时候$g(n)$均为0;

记录一下每个数的最小素因子次数和除掉最小素因子的上一个数,就可以线性筛预处理了;

剩下的数论分块前缀和啥的就是常规操作了吧……

代码:

 #include<algorithm>
#include<iostream>
#include<cstring>
#include<cstdio>
#include<cmath>
#include<queue>
#define inf 2147483647
#define eps 1e-9
using namespace std;
typedef long long ll;
int T,n,m,pri=,p[],g[],t[],las[];
bool isp[];
void _(){
for(int i=;i<=;i++){
if(!isp[i]){
p[++pri]=i;
t[i]=las[i]=g[i]=;
}
for(int j=;j<=pri&&i*p[j]<=;j++){
isp[i*p[j]]=true;
if(i%p[j]==){
las[i*p[j]]=las[i];
t[i*p[j]]=t[i]+;
if(las[i]==)g[i*p[j]]=;
else if(t[las[i]]==t[i]+)g[i*p[j]]=-g[las[i]];
break;
}
las[i*p[j]]=i;
t[i*p[j]]=;
if(t[i]==)g[i*p[j]]=-g[i];
}
}
for(int i=;i<=;i++)g[i]+=g[i-];
}
ll calc(int n,int m){
ll ret=;
for(int i=,las=;i<=n;i=las+){
las=min(n/(n/i),m/(m/i));
ret+=(ll)(g[las]-g[i-])*(n/i)*(m/i);
}
return ret;
}
int main(){
_();
scanf("%d",&T);
while(T--){
scanf("%d%d",&n,&m);
if(n>m)swap(n,m);
printf("%lld\n",calc(n,m));
}
return ;
}
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