2020江西省赛A 莫比乌斯反演

数学与算法:莫比乌斯反演在数论问题中的应用
这篇博客详细介绍了如何利用莫比乌斯反演解决一道关于计算数位和的数论题目。通过枚举因子和优化计算过程,实现了O(n√n)的时间复杂度求解。内容涵盖了数位和函数、莫比乌斯函数以及高效率的预处理方法。

题意:

计算
∑i=1n∑j=1i[gcd(i,j)=1]f(j) \sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{i}[gcd(i,j)=1]f(j) i=1nj=1i[gcd(i,j)=1]f(j)
其中f(x)f(x)f(x)xxx的数位和

Solution:

莫比乌斯反演得到
∑i=1n∑j=1if(j)∑d∣gcd(i,j)μ(d) \sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{i}f(j)\sum_{d|gcd(i,j)}\mu(d) i=1nj=1if(j)dgcd(i,j)μ(d)
优先枚举因子ddd
∑d=1nμ(d)∑i=1⌊nd⌋∑j=i⌊nd⌋f(id)=∑d=1nμ(d)∑i=1⌊nd⌋f(id)∑j=i⌊nd⌋1=∑d=1nμ(d)∑i=1⌊nd⌋f(id)(⌊nd⌋−i+1) \sum_{d=1}^{n}\mu(d)\sum_{i=1}^{\lfloor \frac{n}{d} \rfloor}\sum_{j=i}^{\lfloor \frac{n}{d} \rfloor}f(id)=\sum_{d=1}^{n}\mu(d)\sum_{i=1}^{\lfloor \frac{n}{d} \rfloor}f(id)\sum_{j=i}^{\lfloor \frac{n}{d} \rfloor}1=\sum_{d=1}^{n}\mu(d)\sum_{i=1}^{\lfloor \frac{n}{d} \rfloor}f(id)(\lfloor \frac{n}{d} \rfloor-i+1) d=1nμ(d)i=1dnj=idnf(id)=d=1nμ(d)i=1dnf(id)j=idn1=d=1nμ(d)i=1dnf(id)(dni+1)
枚举组合项T=idT=idT=id
∑T=1nf(T)∑d∣Tμ(d)(⌊nd⌋−Td+1) \sum_{T=1}^{n}f(T)\sum_{d|T}\mu(d)(\lfloor \frac{n}{d} \rfloor-\frac{T}{d}+1) T=1nf(T)dTμ(d)(dndT+1)
预处理f,μf,\muf,μ计算,时间复杂度O(nn)O(n\sqrt{n})O(nn)

// #include<bits/stdc++.h>
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<algorithm>
#include<numeric>
#include<ctime>
#include<cmath>
#include<bitset>
using namespace std;

using ll=long long;
const int N=1e5+5,inf=0x3fffffff;
const long long INF=0x3fffffffffffffff,mod=1e9+7;

int prime[N],mu[N],cnt,f[N];
bitset<N>nt;

int getval(int x)
{
    int ret=0;
    while(x)
    {
        ret+=x%10;
        x/=10;
    }
    return ret;
}

void make_prime()
{
    mu[1]=1; f[1]=1;
    for(int i=2;i<N;i++)
    {
        if(!nt[i]) prime[++cnt]=i,mu[i]=-1;
        for(int j=1;j<=cnt&&i*prime[j]<N;j++)
        {
            nt[i*prime[j]]=true;
            if(i%prime[j]==0)
            {
                mu[i*prime[j]]=0;
                break;
            }
            else mu[i*prime[j]]=mu[i]*mu[prime[j]];
        }
        f[i]=getval(i);
    }
}

int n;

int main()
{
    #ifdef stdjudge
        freopen("in.txt","r",stdin);
    #endif
    make_prime(); cin>>n;
    ll ans=0;
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        ll del=0,limit=sqrt(i);
        for(int j=1;j<=limit;j++)
        {
            if(i%j) continue;
            del+=mu[j]*(n/j-i/j+1);
            if(j*j!=i) del+=mu[i/j]*(n/(i/j)-i/(i/j)+1);
        }
        // cout<<f[i]<<endl;
        ans+=f[i]*del;
    }
    cout<<ans;
    return 0;
}
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