容斥原理
原型
求n个相交的集合的元素总个数
原理
例如:
证明
设元素x在所有集合中出现了k次,然后写出等式,应用组合数恒等式
例题
给定一个整数 n 和 m 个不同的质数 p1, p2, …,pm。
请你求出 1∼n 中能被 p1, p2, …,pm 中的至少一个数整除的整数有多少个。
例子
如何计算?
设\(|S_{p_i}|\)为\(1- n\)中\(p_i\)的倍数的个数,则
\[|S_{p_i}| = \lfloor \frac{n}{p_i} \rfloor \\ |S_{p1} \cap S_{p2}\cap ...\cap S_{pn}| =\lfloor \frac{n}{p_1, p_2,...p_n的最小公倍数} \rfloor \\\overset{p_i均为质数}{=} \lfloor \frac{n}{p_1 p_2...p_n} \rfloor \]由容斥原理有
\[|S_{p_1} \cup S_{p_2} \cup ... \cup S_{p_m}|\\ = |S_{p_1}| + |S_{p_2}| + ... + |S_{p_m}| - |S_{p_1} \cap S_{p_2}| - ... + |S_{p_1} \cap S_{p_2} \cap S_{p_3} | - ...\\ = \sum _{i}|S_i| - \sum _{i,j}|S_i \cap S_j| + \sum _{i,j,k}|S_i \cap S_j \cap S_k|-... \]这里面一共有\(2^n - 1\) 项,对应了除了全部不取以外,每个集合取或不取的所有情况
于是我们要枚举所有的选法,常用的方法是使用位运算
//枚举
for (int i = 1; i < 2 << n; i ++ ){
...
}
//判断第k位是否为1
if (i >> k & 1){
...
}
代码
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
typedef long long LL;
const int N = 20;
int p[N];
int main(){
int n, m;
cin >> n >> m;
for (int i = 0; i < m; i ++ ) cin >> p[i];
int ans = 0;
for (int i = 1; i < 1 << m; i ++ ){ //这里应把i看成二进制数,代表了一种选法的序列,代表了计算|S|的分母
int pd = 1, cnt = 0; //pd(product)记录分母,若干个质数的乘积;cnt,有多少个质数,决定后面计算中是加是减
for (int j = 0; j < m; j ++ ){ //j枚举i的第j位,i的每个第j位对应了某个集合要不要乘到分母里
if (i >> j & 1){
if ((LL)pd * p[j] > n){ //公式里不是所有的项都能计算,可能出现n小于某些数的乘积,故要特判
pd = -1;
break;
}
pd *= p[j]; //更新
cnt ++ ;
}
}
if (pd != -1){
if (cnt % 2 == 0) ans -= n / pd; //按照公式计算
else ans += n / pd;
}
}
cout << ans << endl;
return 0;
}