关于一些函数求前缀和的问题

本文深入探讨了高难度的数论问题,包括求解特定函数的和、利用杜教筛优化计算,以及处理涉及因子、欧拉函数和莫比乌斯函数的复杂表达式。通过巧妙的数学技巧和算法优化,文章提供了理解并解决这些难题的清晰路径。

1.f(n)f(n)为n的因子的和,求:

i=1nf(i)∑i=1nf(i)

其中n<1012n<1012

做法其实也是常见的套路:

ans=injn[j|i]j=jnjin[j|i]=j=1njnjans=∑in∑jn[j|i]∗j=∑jnj∑in[j|i]=∑j=1nj⌊nj⌋

这个就很显然了,分块求就行了,复杂度O(n)O(n)

2.有欧拉函数ϕ(x)ϕ(x),求:

i=1nϕ(i)∑i=1nϕ(i)

其中n<1011n<1011
这个之前讲过了,杜教筛套路一波。复杂度O(n23)O(n23)

3.有莫比乌斯函数μ(x)μ(x),求:

i=1nμ(i)∑i=1nμ(i)

其中n<1011n<1011
同样杜教筛套路一波。复杂度O(n23)O(n23)

4.设:

f(n)=i=1nigcd(n,i)F(n)=i=1nf(i)f(n)=∑i=1nigcd(n,i)F(n)=∑i=1nf(i)

求:F(n)%(109+7),n<109F(n)%(109+7),n<109

则:

f(n)=i=1nd|n[gcd(i,n)==d]id=d|nnd|in[gcd(i,n)==d]id=d|nnd|ind[gcd(id,nd)==1]id=d|nnknd[gcd(k,nd)==1]kf(n)=∑i=1n∑d|n[gcd(i,n)==d]∗id=∑d|nn∑d|in[gcd(i,n)==d]∗id=∑d|nn∑d|ind[gcd(id,nd)==1]∗id=∑d|nn∑knd[gcd(k,nd)==1]∗k

可以发现 里面的和式其实就是欧拉函数ϕ(x)ϕ(x)里所有与x互质的数的和设为h(x)h(x)
则:
f(n)=d|nh(nd)=d|nh(d)=12(1+d|ndϕ(d))f(n)=∑d|nh(nd)=∑d|nh(d)=12(1+∑d|ndϕ(d))

所以:
F(n)=i=1n12(1+d|idϕ(d))=n2+12i=1nd|idϕ(d)F(n)=∑i=1n12(1+∑d|idϕ(d))=n2+12∑i=1n∑d|idϕ(d)

设:

g(n)=i=1nd|idϕ(d)g(n)=∑i=1n∑d|idϕ(d)

实际上就是求g(n)g(n),则:
g(n)=i=1nd|idϕ(d)=i=1nd=1nidϕ(d)g(n)=∑i=1n∑d|idϕ(d)=∑i=1n∑d=1⌊ni⌋dϕ(d)

发现不是很好搞阿。。。
ϕ(n)=nϕ(n)ϕ′(n)=nϕ(n),容易验证ϕ(n)ϕ′(n)是积性函数。
里面有类似的狄利克雷卷积的结构,能不能找另一个积性函数和他卷一卷?(未完待续

### C++ 中用于计算前缀的标准库支持 C++ 的标准库提供了多种工具来处理字符串和其他数据结构的前缀问题。虽然 `<cmath>` 和 `<cstring>` 提供了一些基础功能,但在涉及更复杂的前缀运算时,通常会依赖 STL 容器和算法。 #### 使用 `std::mismatch` 计算两个序列的最大公共前缀 STL 提供了一个名为 `std::mismatch` 的函数模板,可以用来比较两个范围内的元素并找到第一个不匹配的位置。通过这种方式,我们可以间接实现最大公共前缀的功能[^4]: ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> int main() { std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3, 4}; std::vector<int> vec2 = {1, 2, 5}; auto result = std::mismatch(vec1.begin(), vec1.end(), vec2.begin()); int common_prefix_length = std::distance(vec1.begin(), result.first); std::cout << "Common prefix length: " << common_prefix_length << "\n"; return 0; } ``` 上述代码展示了如何利用 `std::mismatch` 来找出两组数据之间的共同前缀长度。 #### 字符串特定情况下的前缀操作 对于字符串类型的前缀判断,可以直接使用 `std::string` 类提供的成员函数 `substr()` 或者重载的操作符来进行子串提取与对比[^3]: ```cpp #include <iostream> #include <string> bool hasPrefix(const std::string& str, const std::string& prefix) { if (prefix.size() > str.size()) return false; return str.compare(0, prefix.size(), prefix) == 0; } int main(){ std::string s = "hello world"; std::string pfx = "hello"; bool res = hasPrefix(s,pfx); std::cout<<res<<"\n"; return 0; } ``` 此例子说明了怎样简单有效地验证某个字符串是否具有指定的开头部分。 综上所述,在实际开发过程中遇到需要解最长公共前缀等问题的时候,除了自行编写逻辑外还可以考虑调用现有的高效解决方案如上面提到过的那些方法^.
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