BZOJ2005 NOI2010 能量采集 【莫比乌斯反演】

本文针对BZOJ2005NOI2010能量采集问题,详细解析了如何通过数学推导和优化算法实现高效的能量损失计算。文章介绍了如何利用莫比乌斯函数和线性筛选技巧解决此问题,并提供了两种不同的实现方案。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

BZOJ2005 NOI2010 能量采集


Description

栋栋有一块长方形的地,他在地上种了一种能量植物,这种植物可以采集太阳光的能量。在这些植物采集能量后,栋栋再使用一个能量汇集机器把这些植物采集到的能量汇集到一起。 栋栋的植物种得非常整齐,一共有n列,每列有m棵,植物的横竖间距都一样,因此对于每一棵植物,栋栋可以用一个坐标(x, y)来表示,其中x的范围是1至n,表示是在第x列,y的范围是1至m,表示是在第x列的第y棵。 由于能量汇集机器较大,不便移动,栋栋将它放在了一个角上,坐标正好是(0, 0)。 能量汇集机器在汇集的过程中有一定的能量损失。如果一棵植物与能量汇集机器连接而成的线段上有k棵植物,则能量的损失为2k + 1。例如,当能量汇集机器收集坐标为(2, 4)的植物时,由于连接线段上存在一棵植物(1, 2),会产生3的能量损失。注意,如果一棵植物与能量汇集机器连接的线段上没有植物,则能量损失为1。现在要计算总的能量损失。 下面给出了一个能量采集的例子,其中n = 5,m = 4,一共有20棵植物,在每棵植物上标明了能量汇集机器收集它的能量时产生的能量损失。 在这个例子中,总共产生了36的能量损失。

Input

仅包含一行,为两个整数n和m。

Output

仅包含一个整数,表示总共产生的能量损失。

Sample Input

【样例输入1】
5 4
【样例输入2】
3 4

Sample Output

【样例输出1】
36
【样例输出2】
20

HINT

对于100%的数据:1 ≤ n, m ≤ 100,000。


首先,根据题目描述,我们可以得到:

ans=nm+2ni=1mj=1(gcd(i,j)1)ans=n∗m+2∗∑i=1n∑j=1m(gcd(i,j)−1)

整理一下:

ans=nm+2ni=1mj=1gcd(i,j)ans=−n∗m+2∗∑i=1n∑j=1mgcd(i,j)

那么我们只需要求出:ni=1mj=1gcd(i,j)∑i=1n∑j=1mgcd(i,j)

枚举gcd(i,j)=dgcd(i,j)=d,得到式子:

ans=nm+2min(n,m)d=1ni=1mj=1[gcd(i,j)==d]dans=−n∗m+2∗∑d=1min(n,m)∑i=1n∑j=1m[gcd(i,j)==d]∗d

其中令f(d)=ni=1mj=1[gcd(i,j)==d]f(d)=∑i=1n∑j=1m[gcd(i,j)==d]

所以ans=nm+2min(n,m)d=1df(d)ans=−n∗m+2∗∑d=1min(n,m)d∗f(d)

那么对于f(d)f(d),我们将式子除以d,得到:

f(d)=ndi=1mdj=1[gcd(i,j)==1]f(d)=∑i=1⌊nd⌋∑j=1⌊md⌋[gcd(i,j)==1]

然后再把[gcd(i,j)==1][gcd(i,j)==1]转化一下:

f(d)=ndi=1mdj=1min(nd,md)p=1μ(p)f(d)=∑i=1⌊nd⌋∑j=1⌊md⌋∑p=1min(⌊nd⌋,⌊md⌋)μ(p)

然后把对p的枚举甩到前面:

f(d)=min(nd,md)p=1μ(p)ndp|imdp|j1f(d)=∑p=1min(⌊nd⌋,⌊md⌋)μ(p)∑p|i⌊nd⌋∑p|j⌊md⌋1

所以:

f(d)=min(nd,md)p1μ(p)ndpmdpf(d)=∑p−1min(⌊nd⌋,⌊md⌋)μ(p)⌊nd∗p⌋⌊md∗p⌋

所以原式转化成:

ans=nm+2min(n,m)d=1dmin(nd,md)p=1μ(p)ndpmdpans=−n∗m+2∗∑d=1min(n,m)d∗∑p=1min(⌊nd⌋,⌊md⌋)μ(p)⌊nd∗p⌋⌊md∗p⌋

对于d的枚举,我们采取朴素方法,对于对k的枚举,我们线性预处理μμ函数的前缀和然后进行下底函数分块计算

总效率:O(nsqrt(n))O(nsqrt(n))


#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define LL long long
#define N 100010
LL n,m,tot=0,ans=0;
LL pri[N],mu[N],F[N];
bool mark[N]={0};
void init(){
    mu[1]=1;
    for(int i=2;i<N;i++){
        if(!mark[i])pri[++tot]=i,mu[i]=-1;
        for(int j=1;j<=tot&&pri[j]*i<N;j++){
            mark[pri[j]*i]=1;
            if(i%pri[j]==0){
                mu[i*pri[j]]=0;
                break;
            }else mu[i*pri[j]]=-mu[i];
        }
    }
    for(int i=1;i<N;i++)F[i]=F[i-1]+mu[i];
}
LL solve(int d){
    LL res=0,n1=n/d,m1=m/d,up=min(n1,m1);
    for(int i=1,j;i<=up;i=j+1){
        j=min(n1/(n1/i),m1/(m1/i));
        res+=(F[j]-F[i-1])*(n1/i)*(m1/i);
    }
    return res*d;
}
int main(){
    init();
    scanf("%lld%lld",&n,&m);
    int up=min(n,m);
    for(int i=1;i<=up;i++)ans+=solve(i);
    ans*=2;
    ans-=n*m;
    printf("%lld",ans);
    return 0;
}

但是我们发现这样做似乎不是最优秀的

然后定义k=dpk=d∗p
转换一下:
ans=nm+2min(n,m)d=1dmin(n,m)d|kμ(k/d)nkmkans=−n∗m+2∗∑d=1min(n,m)d∑d|kmin(n,m)μ(k/d)⌊nk⌋⌊mk⌋

把k提到前面枚举:

ans=nm+2min(n,m)k=1min(n,m)d|kdμ(k/d)nkmkans=−n∗m+2∗∑k=1min(n,m)∑d|kmin(n,m)dμ(k/d)⌊nk⌋⌊mk⌋

ans=nm+2min(n,m)k=1min(n,m)d|kkdμ(d)nkmkans=−n∗m+2∗∑k=1min(n,m)∑d|kmin(n,m)kdμ(d)⌊nk⌋⌊mk⌋

ans=nm+2min(n,m)k=1nkmkmin(n,m)d|kkdμ(d)ans=−n∗m+2∗∑k=1min(n,m)⌊nk⌋⌊mk⌋∑d|kmin(n,m)kdμ(d)

然后我们发现min(n,m)d|kkdμ(d)∑d|kmin(n,m)kdμ(d)是可以线性筛的

时间复杂度O(n)+O(sqrt(n))O(n)预处理+O(sqrt(n))查询

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define LL long long
#define N 100010
LL n,m,tot=0,ans=0;
LL pri[N],mu[N],F[N];
bool mark[N]={0};
void init(){
    mu[1]=1;
    for(int i=2;i<N;i++){
        if(!mark[i])pri[++tot]=i,mu[i]=-1;
        for(int j=1;j<=tot&&pri[j]*i<N;j++){
            mark[pri[j]*i]=1;
            if(i%pri[j]==0){
                mu[i*pri[j]]=0;
                break;
            }else mu[i*pri[j]]=-mu[i];
        }
    }
    for(int i=1;i<N;i++)
        for(int j=1;j*i<N;j++)
            F[i*j]+=mu[i]*j;
    for(int i=1;i<N;i++)F[i]+=F[i-1];
}
int main(){
    init();
    scanf("%lld%lld",&n,&m);
    int up=min(n,m);
    for(int i=1,j;i<=up;i=j+1){
        j=min(n/(n/i),m/(m/i));
        ans+=(F[j]-F[i-1])*(n/i)*(m/i);
    }
    ans*=2;
    ans-=n*m;
    printf("%lld",ans);
    return 0;
}

然后我们发现可能代码2比代码1慢?为什么呢?
因为预处理的时候失去了线性的性质

但是当查询很多的时候代码优势就得以凸显

各取所需吧

评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值