• BZOJ5332: [Sdoi2018]旧试题(莫比乌斯反演)


    时光匆匆,转眼间又是一年寒暑……

    这是小 Q 同学第二次参加省队选拔赛。

    今年,小 Q 痛定思痛,不再冒险偷取试题,而是通过练习旧 试题提升个人实力。可是旧试题太多了,小 Q 没日没夜地做题,却看不到前方的光明在哪里。

    一天,因做题过度而疲惫入睡的小 Q 梦到自己在考场上遇到了一道好像做过的题目,却怎么也想不 起曾经自己是怎么解决它的,直到醒来还心有余悸。

    小 Q 眉头一皱,感觉事情不妙,于是他找到了你,希望你能教他解决这道题目。小 Q 依稀记得题目 要计算如下表达式的值

      $({sum_{i=1}^{A}}{sum_{j=1}^{B}}{sum_{k=1}^{C}}d(ijk))mod(10^9+7)$

    其中 d(ijk) 表示 ijk 的约数个数。

    Input

    第一行包含一个正整数 T,表示有 T 组测试数据。 接下来 T 行,每行描述一组测试数据,包含三个整数 A, B 和 C,含义见题目描述。

    Output

    对于每组测试数据,输出一行,包含一个整数,表示所求表达式的值。 

    解题思路:

    极限卡常题,具体卡常的方法主要是使用vector代替链式前向星,如果还过不去,还是看看dalao们的博客吧。

    这里主要讲算法。

    首先是喜闻乐见的莫比乌斯反演,三个$sum$有点中暑,慢慢推吧其实都差不多。

    不妨设$Aleq Bleq C$,则:

    $Ans={sum_{i=1}^{A}}{sum_{j=1}^{B}}{sum_{k=1}^{C}}d(ijk)$

    $={sum_{i=1}^{A}}{sum_{x|i}}{sum_{j=1}^{B}}{sum_{y|j}}{sum_{k=1}^{C}}{sum_{z|k}}{varepsilon(gcd(x,y))}{varepsilon(gcd(y,z))}{varepsilon(gcd(x,z))}$

    $={sum_{x=1}^{A}}{sum_{x|i}^{A}}{sum_{y=1}^{B}}{sum_{y|j}^{B}}{sum_{z=1}^{C}}{sum_{z|k}^{C}}{varepsilon(gcd(x,y))}{varepsilon(gcd(y,z))}{varepsilon(gcd(x,z))}$

    $={sum_{x=1}^{A}}{sum_{y=1}^{B}}{sum_{z=1}^{C}}{leftlfloor{frac{A}{x}} ight floor}{leftlfloor{frac{B}{y}} ight floor}{leftlfloor{frac{C}{z}} ight floor}{varepsilon(gcd(x,y))}{varepsilon(gcd(y,z))}{varepsilon(gcd(x,z))}$

    $={sum_{x=1}^{A}}{sum_{y=1}^{B}}{sum_{z=1}^{C}}{leftlfloor{frac{A}{x}} ight floor}{leftlfloor{frac{B}{y}} ight floor}{leftlfloor{frac{C}{z}} ight floor}{sum_{i|gcd(x,y)}}{sum_{j|gcd(y,z)}}{sum_{k|gcd(x,z)}}{mu(i))}{mu(j))}{mu(k))}$

    $={sum_{i=1}^{A}}{sum_{j=1}^{B}}{sum_{k=1}^{A}}{mu(x)}{mu(y)}{mu(z)}{sum_{x|lcm(i,k)}}{sum_{y|lcm(i,j)}}{sum_{z|lcm(j,k)}}{left lfloor {frac{A}{i}} ight floor}{left lfloor {frac{B}{j}} ight floor}{left lfloor {frac{C}{k}} ight floor}$

    将$mu$不等于0的连边,双向改单向枚举三元环就好了。

    代码:

      1 #include<cstdio>
      2 #include<vector>
      3 #include<cstring>
      4 #include<algorithm>
      5 typedef long long lnt;
      6 const int N=100010;
      7 const lnt mod=(lnt)(1e9+7);
      8 struct edge{
      9     int from;
     10     int to;
     11     int lcm;
     12 }ed[N*100];
     13 struct ent{
     14     int twd;
     15     int lcm;
     16 };
     17 int prime[N];
     18 int miu[N];
     19 int ind[N];
     20 bool vis[N];
     21 lnt Lcm[N];
     22 lnt F[3][N];
     23 int cnt;
     24 std::vector<ent>hd[N];
     25 int A,B,C;
     26 void gtp(void)
     27 {
     28     miu[1]=1;
     29     for(int i=2;i<N;i++)
     30     {
     31         if(!vis[i])
     32         {
     33             prime[++cnt]=i;
     34             miu[i]=-1;
     35         }
     36         for(int j=1;j<=cnt&&prime[j]*i<N;j++)
     37         {
     38             vis[i*prime[j]]=true;
     39             if(i%prime[j]==0)
     40                 break;
     41             miu[i*prime[j]]=-miu[i];
     42         }
     43     }
     44     return ;
     45 }
     46 lnt gcd(lnt x,lnt y)
     47 {
     48     if(!y)
     49         return x;
     50     return gcd(y,x%y);
     51 }
     52 int main()
     53 {
     54     int T;
     55     gtp();
     56     scanf("%d",&T);
     57     while(T--)
     58     {
     59         int a,b,c;
     60         scanf("%d%d%d",&a,&b,&c);
     61         A=std::min(a,std::min(b,c));
     62         C=std::max(a,std::max(b,c));
     63         B=a+b+c-A-C;
     64         cnt=0;
     65         for(int i=1;i<=C;i++)
     66             hd[i].clear(),ind[i]=0;
     67         for(int i=1;i<=C;i++)
     68             F[0][i]=F[1][i]=F[2][i]=0;
     69         for(int i=1;i<=A;i++)
     70             for(int j=i;j<=A;j+=i)
     71                 F[0][i]+=A/j;
     72         for(int i=1;i<=B;i++)
     73             for(int j=i;j<=B;j+=i)
     74                 F[1][i]+=B/j;
     75         for(int i=1;i<=C;i++)
     76             for(int j=i;j<=C;j+=i)
     77                 F[2][i]+=C/j;
     78         lnt ans=0;
     79         for(int i=1;i<=A;i++)
     80             if(miu[i])
     81                 ans+=miu[i]*F[0][i]*F[1][i]*F[2][i];
     82         ans%=mod;
     83         for(int d=1;d<=C;d++)
     84         {
     85             for(int i=1;i*d<=C;i++)
     86             {
     87                 if(!miu[i*d])
     88                     continue;
     89                 for(int j=i+1;1ll*j*i*d<=C;j++)
     90                 {
     91                     if(miu[j*d]==0||gcd(j,i)!=1)
     92                         continue;
     93                     int x=i*d,y=j*d,lcm=i*j*d;
     94                     ans+=miu[x]*(F[0][y]*F[1][lcm]*F[2][lcm]+F[1][y]*F[0][lcm]*F[2][lcm]+F[2][y]*F[1][lcm]*F[0][lcm]);
     95                     ans=ans%mod;
     96                     ans+=miu[y]*(F[0][x]*F[1][lcm]*F[2][lcm]+F[1][x]*F[0][lcm]*F[2][lcm]+F[2][x]*F[1][lcm]*F[0][lcm]);
     97                     ans=ans%=mod;
     98                     ind[x]++;
     99                     ind[y]++;
    100                     ed[++cnt]=(edge){x,y,lcm};
    101                 }
    102             }
    103         }
    104         for(int i=1;i<=cnt;i++)
    105         {
    106             int f=ed[i].from,t=ed[i].to,v=ed[i].lcm;
    107             if(ind[f]<ind[t]||(ind[f]==ind[t]&&f<t))
    108                 hd[f].push_back((ent){t,v});
    109             else
    110                 hd[t].push_back((ent){f,v});
    111         }
    112         for(int i=1;i<=C;i++)
    113         {
    114             for(int j=0;j<hd[i].size();j++)
    115                 Lcm[hd[i][j].twd]=hd[i][j].lcm;
    116             for(int j=0;j<hd[i].size();j++)
    117             {
    118                 int a=i,b=hd[i][j].twd;
    119                 for(int k=0;k<hd[b].size();k++)
    120                 {
    121                     int c=hd[b][k].twd;;
    122                     int lab=hd[a][j].lcm;
    123                     int lbc=hd[b][k].lcm;
    124                     int lac=Lcm[c];
    125                     if(!lac)
    126                         continue;
    127                     lnt tmp=miu[a]*miu[b]*miu[c];
    128                     lnt ttt=F[0][lab]*F[1][lbc]*F[2][lac]+
    129                             F[0][lab]*F[1][lac]*F[2][lbc]+
    130                             F[0][lbc]*F[1][lac]*F[2][lab]+
    131                             F[0][lbc]*F[1][lab]*F[2][lac]+
    132                             F[0][lac]*F[1][lab]*F[2][lbc]+
    133                             F[0][lac]*F[1][lbc]*F[2][lab];
    134                     ans=(ans+ttt*tmp%mod)%mod;
    135                 }
    136             }
    137             for(int j=0;j<hd[i].size();j++)
    138                 Lcm[hd[i][j].twd]=0;
    139         }
    140         printf("%lld
    ",(ans%mod+mod)%mod);
    141     }
    142     return 0;
    143 }
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