NKOJ 3957 （BZOJ 2820）YY的GCD （莫比乌斯反演+线性筛）

P3957YY的GCD

问题描述

神犇YY虐完数论后给傻×kAc出了一题
给定N, M,求1<=x<=N, 1<=y<=M且gcd(x, y)为质数的(x, y)有多少对
kAc这种傻×必然不会了，于是向你来请教……

输入格式

第一行一个整数T 表述数据组数

接下来T行，每行两个正整数，表示N, M

输出格式

T行，每行一个整数表示第i组数据的结果

样例输入

2
10 10
100 100

样例输出

30
2791

提示

T = 10000

N, M <= 10000000

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显然$Ans=\sum_{p}^{min(n,m)}\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{m}[gcd(i,j)==p]，p为质数$

$$令f(p)=\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{m}[gcd(i,j)==p],F(p)=\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{m}[p|gcd(i,j)]$$
$$令N=min(n,m)，那么F(p)=\sum_{p|k}^{N}f(k)=\lfloor\frac{n}{p}\rfloor\lfloor\frac{m}{p}\rfloor$$
$$反演一下，f(p)=\sum_{p|k}^{N}\mu(\frac{k}{p})F(k)=\sum_{p|k}^{N}\mu(\frac{k}{p})\lfloor\frac{n}{k}\rfloor\lfloor\frac{m}{k}\rfloor$$
$$那么Ans=\sum_{p}^{N}f(p)=\sum_{p}^{N}\sum_{p|k}^{N}\mu(\frac{k}{p})\lfloor\frac{n}{k}\rfloor\lfloor\frac{m}{k}\rfloor$$
如果是单组询问，到这里已经可以了，但本题有多组询问，因此
$$交换一下枚举顺序，Ans=\sum_{k=1}^{N}\lfloor\frac{n}{k}\rfloor\lfloor\frac{m}{k}\rfloor\sum_{p|k}\mu(\frac{k}{p})，p为质数$$
后面的部分可以直接枚举质数再枚举倍数预处理，复杂度接近$O(n)$
但显然可以线性筛处理，令其为$g[i]$，当$p[j]|i$时，$g[i*p[j]]=\mu(i)$，否则$g[i*p[j]]=mu[i]-g[i]$
然后分块处理即可，复杂度$O(n+T\sqrt{n})$

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代码：

#include<stdio.h>
#include<algorithm>
#define N 10000005
#define ll long long
using namespace std;
ll T,P[N],tot,mu[N],g[N];
bool mark[N];
void EU()
{
    ll i,j;mu[1]=1;g[1]=0;
    for(i=2;i<N;i++)
    {
        if(!mark[i])P[++tot]=i,mu[i]=-1,g[i]=1;
        for(j=1;j<=tot&&i*P[j]<N;j++)
        if(i%P[j])mu[i*P[j]]=-mu[i],g[i*P[j]]=mu[i]-g[i],mark[i*P[j]]=1;
        else {mu[i*P[j]]=0;g[i*P[j]]=mu[i];mark[i*P[j]]=1;break;}
    }
    for(i=2;i<N;i++)g[i]+=g[i-1];
}
int main()
{
    ll n,m,i,j,ans;
    scanf("%lld",&T);EU();
    while(T--)
    {
        scanf("%lld%lld",&n,&m);ans=0;
        for(i=1;i<=n&&i<=m;i=j+1)
        {
            j=min(n/(n/i),m/(m/i));
            ans+=(n/i)*(m/i)*(g[j]-g[i-1]);
        }
        printf("%lld\n",ans);
    }
}