BZOJ 3309 DZY Loves Math (莫比乌斯反演的应用 好题)

质因数最大幂求和问题
本文介绍了一个数学竞赛题目的解决方案,该题目要求计算特定范围内所有数对的最大质因数幂次的双重求和。通过对问题进行数学分析,采用莫比乌斯函数和组合数性质来简化计算过程。

DZY Loves Math

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Description

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sigma(sigma(f(gcd(i,j)))) (i=1..a, j=1..b)。

Input

第一行一个数T,表示询问数。
接下来T行,每行两个数a,b,表示一个询问。

Output

对于每一个询问,输出一行一个非负整数作为回答。

Sample Input

4
7558588 9653114
6514903 4451211
7425644 1189442
6335198 4957

Sample Output

35793453939901
14225956593420
4332838845846
15400094813

HINT

【数据规模】

T<=10000

1<=a,b<=10^7


题目链接:http://www.lydsy.com/JudgeOnline/problem.php?id=3309


题目分析:参考巨巨博客

枚举d=gcd(i,j)得到


令g(x) = Σ[d|T]f(d)μ(T/d)

观察这个函数 由于含平方因子数的μ值都为零,因此我们只考虑μ(T/d)!=0的数

令T=p1^a1*p2^a2*...*pk^ak

    d=p1^b1*p2^b2*...*pk^bk

如果存在ai≠aj(i≠j),那答案只取决于最大的幂,对于其余部分通过组合数的性质,取得的数字个数为奇数和偶数的数量相等,因此和都是0,故如果存在ai≠aj(i≠j),则g(T)=0

如果所有的a值都相等,我们假设对于任意选取方案,f值都不变,那么由于选取奇数个元素和偶数个元素的方案数相等,和仍然为0

但是有一种选取方案的f值=a-1 即d=p1*p2*p3*...pk时,因此要把那个减去,根据莫比乌斯函数性质,减去的是(-1)^k,因为是减去所以最终结果为(-1)^(k+1),故如果不存在ai≠aj,则g(T)=(-1)^(k+1)

#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#define ll long long
using namespace std;
int const MAX = 1e7 + 5;
//a表示最小素因子的幂,p_a表示最小素因子的乘积
int g[MAX], p[MAX], sum[MAX], a[MAX], p_a[MAX];
bool noprime[MAX];

void pre()
{
    int pnum = 0;
    for(int i = 2; i < MAX; i++)
    {
        if(!noprime[i])
        {
            p[pnum ++] = i;
            g[i] = 1;
            a[i] = 1;
            p_a[i] = i;
        }
        for(int j = 0; i * p[j] < MAX; j++)
        {
            noprime[i * p[j]] = true;
            if(i % p[j] == 0)
            {
                a[i * p[j]] = a[i] + 1;
                p_a[i * p[j]] = p_a[i] * p[j];
                if(i == p_a[i])
                    g[i * p[j]] = 1;
                else
                    g[i * p[j]] = (a[i / p_a[i]] == a[i * p[j]] ? -g[i / p_a[i]] : 0);
                break;
            }
            a[i * p[j]] = 1;
            p_a[i * p[j]] = p[j];
            g[i * p[j]] = (a[i] == 1 ? -g[i] : 0); 
        }
        sum[i] = sum[i - 1] + g[i];
    }
}

ll cal(int a, int b)
{   
    if(a > b)
        swap(a, b);
    ll ans = 0;
    for(int i = 1, last = 0; i <= a; i = last + 1)
    {
        last = min(a / (a / i), b / (b / i));
        ans += (ll) (a / i) * (b / i) * (sum[last] - sum[i - 1]);
    }
    return ans;
}   

int main()
{
    pre();
    int T;
    scanf("%d", &T);
    while(T --)
    {
        int a, b;
        scanf("%d %d", &a, &b);
        printf("%lld\n", cal(a, b));
    }
}




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