[题解] HDU 5528 Count a*b

[题解] HDU 5528 Count a*b 简单容斥+莫比乌斯反演

题意:令 f ( m ) f(m) f(m)表示有多少个整数有序二元组 ( a , b ) (a,b) (a,b)满足 0 ≤ a , b < m 0\le a,b<m 0a,b<m,且 m ∤ a b m\nmid ab mab
输入 n n n,求 g ( n ) = ∑ m ∣ n f ( m ) ( m o d 2 64 ) g(n)=\sum_{m|n}f(m) ( mod2^{64}) g(n)=mnf(m)(mod264) (也就是用 u n s i g n e d   l o n g   l o n g unsigned \ long \ long unsigned long long)。 T T T组数据, 1 ≤ T ≤ 20000 , 1 ≤ n ≤ 1 0 9 1\le T \le 20000, 1\le n \le 10^9 1T20000,1n109
这道题对于其他莫比乌斯反演的题目的不同之处在于,此题借助实际意义来推式子,从而避免了大量运算,得到了极大的简化。这启示我们,遇到一道题,先尝试用意义去理解,而不要去傻推式子。
我们可以计算 m ∣ a b m|ab mab的二元组的个数,设为 h ( m ) h(m) h(m).那么
g ( n ) = ∑ m ∣ n m 2 − ∑ m ∣ n h ( m ) g(n) = \sum_{m|n}m^2-\sum_{m|n}h(m) g(n)=mnm2mnh(m)
对于第一个函数,其等于
( 1 + p 1 2 + p 1 4 + ⋯ + p 1 2 α 1 ) ⋅ ( 1 + p 2 2 + p 2 4 + ⋯ + p 2 2 α 2 ) ⋅ ⋯ ⋅ ( 1 + p k 2 + p k 4 + ⋯ + p k 2 α k ) (1+p_1^2+p_1^4+\dots+p_1^{2\alpha_1})\cdot\left(1+p_2^2+p_2^4+\dots+p_2^{2\alpha_2}\right)\cdot\dots\cdot(1+p_k^2+p_k^4+\dots+p_k^{2\alpha_k}) (1+p12+p14++p12α1)(1+p22+p24++p22α2)(1+pk2+pk4++pk2αk)
对于每一个 n n n,我们先预处理好 1 1 1 1 0 6 10^6 106的素数,然后拿去作试除法(直接试除法时间复杂度 O ( n ) O(\sqrt{n}) O(n )会超时),计算出幂次,然后直接算出每个 p p p的贡献。
这里用了一种暴力统计积性函数卷积的新方法,值得注意。

对于第二个函数,记 d = gcd ⁡ ( m , a ) d=\gcd(m,a) d=gcd(m,a),则 1 = gcd ⁡ ( m d , a d ) 1 = \gcd\left(\dfrac{m}{d},\dfrac{a}{d}\right) 1=gcd(dm,da)
m ∣ a b    ⟺    m d ∣ a d b    ⟺    m d ∣ b m\mid ab\iff \dfrac{m}{d}\mid \dfrac{a}{d}b\iff \dfrac{m}{d}\mid b mabdmdabdmb
对于每一个 d d d b b b m d \dfrac{m}{d} dm的倍数。于是我们可以找出 m m d = d \dfrac{m}{\frac{m}{d}}=d dmm=d b b b
(这里我们把0看做 m m m,不妨碍计数)

现在考虑如何生成 a a a。对于每一个 d d d,都有 gcd ⁡ ( m d , a d ) = 1 \gcd\left(\dfrac{m}{d},\dfrac{a}{d}\right)=1 gcd(dm,da)=1,其数量为 φ ( m d ) \varphi\left(\dfrac{m}{d}\right) φ(dm)
因此 h ( m ) = ∑ d ∣ m d φ ( m d ) h(m)=\sum_{d|m}d\varphi\left(\dfrac{m}{d}\right) h(m)=dmdφ(dm)
∑ m ∣ n h ( m ) = ∑ m ∣ n ∑ d ∣ m d φ ( m d ) = k d ∣ n m = k d ∑ d ∣ n d ∑ k ∣ n d φ ( k ) = φ ∗ 1 = i d ∑ d ∣ n d ⋅ n d = n ∑ d ∣ n 1 \begin{aligned} \sum_{m|n}h(m) &=\sum_{m|n}\sum_{d|m}d\varphi\left(\dfrac{m}{d}\right)\\ &\xlongequal[kd|n]{m=kd}\sum_{d|n}d\sum_{k|\frac{n}{d}}\varphi\left(k\right)\\ &\xlongequal[]{\varphi * 1 = id}\sum_{d|n}d\cdot \dfrac{n}{d}\\ &=n\sum_{d|n}1\\ \end{aligned} mnh(m)=mndmdφ(dm)m=kd kdndndkdnφ(k)φ1=id dnddn=ndn1
我们依然采用素数试除法计算约数个数。
时间复杂度 O ( 1 0 6 + T π ( n ) ) O(10^6+T\pi\left(\sqrt{n}\right)) O(106+Tπ(n )),其中 π ( n ) \pi(n) π(n) n n n的素数个数函数,
π ( n ) ∼ n ln ⁡ n \pi(n)\sim \dfrac{n}{\ln n} π(n)lnnn,故时间复杂度为 O ( 1 0 6 + T n log ⁡ n ) O(10^6+T\dfrac{\sqrt{n}}{\log n}) O(106+Tlognn )

#include<cstdio>
#include<cmath>
#include<algorithm>
#include<cstring>
#include<vector>
#define pii pair<int,int>
using namespace std;
typedef unsigned long long ull;
const double eps = 1e-10;
const double pi = acos(-1.0);
const int maxn = 1e6 + 10;

int t;
int p[maxn],cnt;
bool isp[maxn];

void getp(){
	isp[1] = 1;
	for(int i = 2; i < maxn; i++){
		if(!isp[i]) p[++cnt] = i;
		for(int j = 1; j <= cnt && i * p[j] < maxn; j++){
			isp[i*p[j]] = 1;
			if(i%p[j] == 0) break;
		}
	}
}

inline ull qpow(ull a, int b){
	ull ans = 1, base = a;
	while(b){
		if(b&1) ans *= base;
		base *= base, b >>= 1;
	}
	return ans;
}

int n;

void solve(){
	getp();
	scanf("%d",&t);
	while(t--){
		scanf("%d",&n);
		int tmp = n;
		ull ans1 = 1, ans2 = n;
		for(int i = 1; i <= cnt && p[i]*p[i] <= n; i++){
			if(tmp%p[i] == 0){
				int res = 0;
				while(tmp%p[i] == 0){
					res++;
					tmp /= p[i];
				}
                ull tmpres = 1, base = p[i]*p[i];
                for(int j = 1; j <= res; j++){
					tmpres += base;
					base = base*(ull)p[i]*(ull)p[i];//不加ull会炸
				}
				//ans1 *= (qpow(p[i],2*res+2)-1)/((ull)p[i]*(ull)p[i]-1);
				//用快速幂会炸
				ans2 *= (res+1);
			}
		}
		if(tmp != 1) ans1 *= (1+(ull)tmp*(ull)tmp), ans2 *= 2;
		printf("%llu\n",ans1-ans2);
	}
}

int main()
{
	solve();
	return 0;
}

不得不说,这道题把常数卡到了极致(悲)

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