蓝书(算法竞赛进阶指南)刷题记录——POJ3904 Sky Code(容斥原理)

题目:POJ3904.
题目大意:给定 n n n个数 a i a_i ai,求有多少个四元组 ( w , x , y , z ) (w,x,y,z) (w,x,y,z)满足 g c d ( a w , a x , a y , a z ) = 1 gcd(a_w,a_x,a_y,a_z)=1 gcd(aw,ax,ay,az)=1.
1 ≤ n , a i ≤ 1 0 4 1\leq n,a_i\leq 10^4 1n,ai104.

我容斥果然还是太菜了,这种题都要看题解…

首先 g c d ( a , b , c , d ) = 1 gcd(a,b,c,d)=1 gcd(a,b,c,d)=1不代表两两互质.

考虑把问题转化为用所有四元组的数量 C n 4 C_{n}^{4} Cn4减掉 g c d gcd gcd不为 1 1 1的四元组数量.

考虑如何求出后者,我们统计 c n t [ i ] cnt[i] cnt[i]表示有多少个数是 i i i的倍数,那么有 C c n t [ i ] 4 C_{cnt[i]}^{4} Ccnt[i]4个四元组的 g c d gcd gcd i i i的倍数.

想到这一步就开始考虑容斥,很容易发现 i i i的容斥系数即为Mobius函数 μ ( i ) \mu(i) μ(i),线性筛预处理即可,时间复杂度 O ( n log ⁡ n ) O(n\log n) O(nlogn).

代码如下:

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<algorithm>
  using namespace std;
  
#define Abigail inline void
typedef long long LL;

const int N=10000;

LL C(LL n){return n<4?0:n*(n-1)*(n-2)*(n-3)/24;}

int pr[N+9],tp,b[N+9];
LL mu[N+9];

void sieve(int n){
  for (int i=2;i<=n;++i) b[i]=1;
  mu[1]=1;
  for (int i=2;i<=n;++i){
  	if (b[i]) pr[++tp]=i,mu[i]=-1;
  	for (int j=1;j<=tp&&i*pr[j]<=n;++j){      //把n写成tp调了好久... 
	  b[i*pr[j]]=0;
	  if (i%pr[j]==0){mu[i*pr[j]]=0;break;}
	  mu[i*pr[j]]=-mu[i];
	}
  }
}

int n,mx;
LL c[N+9],cnt[N+9],ans;

Abigail start(){
  sieve(N);
}

Abigail into(){
  int a;
  for (int i=1;i<=n;++i){
    scanf("%d",&a);
    mx=max(mx,a);
    ++cnt[a];
  }
}

Abigail work(){
  for (int i=1;i<=mx;++i)
    for (int j=i;j<=mx;j+=i)
      c[i]+=cnt[j];
  for (int i=1;i<=mx;++i)
    ans+=mu[i]*C(c[i]);
}

Abigail outo(){
  printf("%lld\n",ans);
  for (int i=1;i<=mx;++i)
    cnt[i]=c[i]=0;
  mx=ans=0;
}

int main(){
  start();
  while (~scanf("%d",&n)){
    into();
    work();
    outo();
  }
  return 0;
}
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