• 【CCPC-Wannafly Winter Camp Day3 (Div1) F】小清新数论(莫比乌斯反演+杜教筛)


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    大致题意: 让你求出(sum_{i=1}^nsum_{j=1}^nmu(gcd(i,j)))

    莫比乌斯反演

    这种题目,一看就是莫比乌斯反演啊!(连莫比乌斯函数都有)

    关于莫比乌斯反演,详见这篇博客:初学莫比乌斯反演

    推式子

    下面让我们来推式子。

    首先,我们采用解决这种问题的常用套路,来枚举(gcd),就能得到这样一个式子:

    [sum_{d=1}^nsum_{i=1}^{lfloorfrac nd floor}sum_{j=1}^{lfloorfrac nd floor}[gcd(i,j)==1]mu(d) ]

    (mu(d))提前,可得:

    [sum_{d=1}^nmu(d)sum_{i=1}^{lfloorfrac nd floor}sum_{j=1}^{lfloorfrac nd floor}[gcd(i,j)==1] ]

    针对后半部分的式子,考虑当(i>j)时,其实等价于(i)(j)交换后的答案。

    这样一来,我们就可以想到把(j)的上限改为(i)

    注意(i=j)时,若(i=j=1),则(gcd(i,j)=1),其余情况(gcd(i,j))必定不为(1),因此要单独处理这种情况,将结果减(1)

    于是就得到这样一个式子:

    [sum_{d=1}^nmu(d)(2sum_{i=1}^{lfloorfrac nd floor}sum_{j=1}^i[gcd(i,j)==1]-1) ]

    根据(phi)的定义可得,(sum_{j=1}^i[gcd(i,j)==1])其实就等于(phi(i)),因此可得:

    [sum_{d=1}^nmu(d)(2sum_{i=1}^{lfloorfrac nd floor}phi(i)-1) ]

    这时的式子就已经足够简单了。

    求答案

    考虑如何求答案。

    由于值域较大,因此我们必须使用杜教筛来筛(mu)(phi)这两个函数。

    由于后半部分的上限(lfloorfrac nd floor),因此我们必须使用除法分块来对这个式子进行优化。

    这样就可以了。

    代码

    #include<bits/stdc++.h>
    #define Tp template<typename Ty>
    #define Ts template<typename Ty,typename... Ar>
    #define Reg register
    #define RI Reg int
    #define Con const
    #define CI Con int&
    #define I inline
    #define W while
    #define X 998244353
    #define LL long long
    #define Inc(x,y) ((x+=(y))>=X&&(x-=X))
    #define Dec(x,y) ((x-=(y))<0&&(x+=X))
    #define XSum(x,y) ((x)+(y)>=X?(x)+(y)-X:(x)+(y))
    using namespace std;
    LL n;
    class DuSiever//杜教筛
    {
    	private:
    		static const int SZ=10000000;int Pcnt,P[SZ+5],phi[SZ+5],mu[SZ+5],Sphi[SZ+5],Smu[SZ+5];
    		map<LL,int> Mphi,Mmu;
    	public:
    		I DuSiever()//初始化
    		{
    			RI i,j;for(phi[1]=mu[1]=1,i=2;i<=SZ;++i)
    				for(!P[i]&&(phi[P[++Pcnt]=i]=i-1,mu[i]=-1),j=1;j<=Pcnt&&1LL*i*P[j]<=SZ;++j)
    					if(P[i*P[j]]=1,i%P[j]) phi[i*P[j]]=phi[i]*(P[j]-1),mu[i*P[j]]=-mu[i];else {phi[i*P[j]]=phi[i]*P[j];break;}
    			for(i=1;i<=SZ;++i) Sphi[i]=XSum(Sphi[i-1],phi[i]),Smu[i]=XSum(XSum(Smu[i-1],mu[i]),X);
    		}
    		I int Gphi(Con LL& x)//筛phi
    		{
    			if(x<=SZ) return Sphi[x];if(Mphi.count(x)) return Mphi[x];
    			RI res=1LL*x%X*(x+1)%X*(X+1>>1)%X;Reg LL l,r;//千万注意此处x直接乘x+1会爆long long,因此要先取模(为此调了一个小时)
    			for(l=2;l<=x;l=r+1) r=x/(x/l),Dec(res,1LL*(r-l+1)*Gphi(x/l)%X);
    			return Mphi[x]=res;
    		}
    		I int Gmu(Con LL& x)//筛mu
    		{
    			if(x<=SZ) return Smu[x];if(Mmu.count(x)) return Mmu[x];
    			RI res=1;Reg LL l,r;
    			for(l=2;l<=x;l=r+1) r=x/(x/l),Dec(res,1LL*(r-l+1)*Gmu(x/l)%X);
    			return Mmu[x]=res;
    		}
    }D;
    int main()
    {
    	RI ans=0;Reg LL l,r;for(scanf("%lld",&n),l=1;l<=n;l=r+1)//除法分块
    		r=n/(n/l),Inc(ans,1LL*(D.Gmu(r)-D.Gmu(l-1)+X)%X*((D.Gphi(n/l)<<1)-1)%X);
    	return printf("%d",ans),0;//输出答案
    }
    
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