文章标题 51nod 最大公约数之和

本文解析了51nod平台上的两道关于最大公约数之和的问题,第一题要求计算1到n各数与n的最大公约数之和;第二题要求计算所有i<j的条件下i和j的最大公约数之和。通过使用欧拉函数,提供了高效的解决方案。

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51nod 最大公约数之和

先是简单版本
51nod 1040 最大公约数之和
题目链接:最大公约数之和
Description
给出一个n,求1-n这n个数,同n的最大公约数的和。(n<=10^9)
Solution
最大公约数为n的约数。对于每个约数i,找[1,n]区间GCD(x,n)==i
的x个数即可,转化为 [1,n/i]区间内与n互质的数个数,即欧拉函数的
值,累加即可。

Code

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <algorithm>
#define ll long long
using namespace std;
int phi(int v);
int main()
{
    int n;
    cin>>n;
    ll ans=0;
    for(int i=1;i*i<=n;++i)
        if(n%i==0){
            if(i*i==n){
                ans+=i*phi(i);
                break;
            }
            else{
                ans+=i*phi(n/i);
                ans+=n/i*phi(i);
            }
        }
    cout<<ans<<endl;
    return 0;
}
int phi(int v)
{
    int ans=v;
    for(int i=2;i*i<=v;++i)
        if(v%i==0){
            ans=ans-ans/i;
            v/=i;
            while(v%i==0)
                v/=i;
        }
    if(v!=1)
        ans=ans-ans/v;
    return ans;
}

第二题
51nod 1188 最大公约数之和 V2

题目链接:
1188 最大公约数之和 V2

Solution

题目要求i < j,对于每一个j,即求[1,j-1]中每一个数与j的最大公约数之和,这正是上题的版本,
只是不取上界j,于是:

ans= nj=2j1i=1gcd(i,j)

=nj=2i|j,i<jiphi(ji)

=n/2i=1n/ik=2iphi(k)

即预处理N=5000000以内的欧拉函数值,枚举最大公约数i,显然只需到N/2,内层从i的2倍开始枚举,
这样,用一个数组保存答案,询问的时候直接输出。

Code

#include <iostream>
#include <cstdio>
#define ll long long
using namespace std;
const int N=5000000;
const int M=348513;
int phi[N+2],prime[M+2];
bool use[N+2];
ll ans[N+2];
void phi_table();
int cnt;
int main()
{
    int n,t;
    phi_table();
    int v=N>>1;
    for(int i=1;i<=v;++i)
        for(int j=2;j<=N/i;++j)
            ans[i*j]+=phi[j]*i;
    for(int i=1;i<=N;++i)
        ans[i]+=ans[i-1];
    // cout<<cnt<<endl;
    cin>>t;
    while(t--){
        cin>>n;
        cout<<ans[n]<<endl;
    }
    return 0;
}
void phi_table()
{
    phi[1]=1;
    for(int i=2;i<=N;++i){
        if(!use[i]){
            prime[cnt++]=i;
            phi[i]=i-1;
        }
        for(int j=0;j<cnt&&i*prime[j]<=N;++j){
            use[i*prime[j]]=1;
            if(i%prime[j]==0){
                phi[i*prime[j]]=phi[i]*prime[j];
                break;
            }
            else
                phi[i*prime[j]]=phi[i]*(prime[j]-1);
        }
    }
}

第三题再补,第一次写博客啊,请见谅。

题目 51nod 3478 涉及一个矩阵问题,要求通过最少的操作次数,使得矩阵中至少有 `RowCount` 行和 `ColumnCount` 列是回文的。解决这个问题的关键在于如何高效地枚举所有可能的行和列组合,并计算每种组合所需的操作次数。 ### 解法思路 1. **预处理每一行和每一列变为回文所需的最少操作次数**: - 对于每一行,计算将其变为回文所需的最少操作次数。这可以通过比较每对对称位置的值是否相同来完成。 - 对于每一列,计算将其变为回文所需的最少操作次数,方法同上。 2. **枚举所有可能的行和列组合**: - 由于 `N` 和 `M` 的最大值为 8,因此可以枚举所有可能的行组合和列组合。 - 对于每一种组合,计算其所需的最少操作次数,并取最小值。 3. **计算操作次数**: - 对于每一种组合,需要计算哪些行和列需要修改,并且注意行和列的交叉点可能会重复计算,因此需要去重。 ### 代码实现 以下是一个可能的实现方式,使用了枚举和位运算来处理组合问题: ```python def min_operations_to_palindrome(matrix, row_count, col_count): import itertools N = len(matrix) M = len(matrix[0]) # Precompute the cost to make each row a palindrome row_cost = [] for i in range(N): cost = 0 for j in range(M // 2): if matrix[i][j] != matrix[i][M - 1 - j]: cost += 1 row_cost.append(cost) # Precompute the cost to make each column a palindrome col_cost = [] for j in range(M): cost = 0 for i in range(N // 2): if matrix[i][j] != matrix[N - 1 - i][j]: cost += 1 col_cost.append(cost) min_total_cost = float('inf') # Enumerate all combinations of rows and columns rows = list(range(N)) cols = list(range(M)) from itertools import combinations for row_comb in combinations(rows, row_count): for col_comb in combinations(cols, col_count): # Calculate the cost for this combination cost = 0 # Add row costs for r in row_comb: cost += row_cost[r] # Add column costs for c in col_comb: cost += col_cost[c] # Subtract the overlapping cells for r in row_comb: for c in col_comb: # Check if this cell is part of the palindrome calculation if r < N // 2 and c < M // 2: if matrix[r][c] != matrix[r][M - 1 - c] and matrix[N - 1 - r][c] != matrix[N - 1 - r][M - 1 - c]: cost -= 1 min_total_cost = min(min_total_cost, cost) return min_total_cost # Example usage matrix = [ [0, 1, 0], [1, 0, 1], [0, 1, 0] ] row_count = 2 col_count = 2 result = min_operations_to_palindrome(matrix, row_count, col_count) print(result) ``` ### 代码说明 - **预处理成本**:首先计算每一行和每一列变为回文所需的最少操作次数。 - **枚举组合**:使用 `itertools.combinations` 枚举所有可能的行和列组合。 - **计算成本**:对于每一种组合,计算其成本,并考虑行和列交叉点的重复计算问题。 ### 复杂度分析 - **时间复杂度**:由于 `N` 和 `M` 的最大值为 8,因此枚举所有组合的时间复杂度为 $ O(N^{RowCount} \times M^{ColCount}) $,这在实际中是可接受的。 - **空间复杂度**:主要是存储预处理的成本,空间复杂度为 $ O(N + M) $。 ### 相关问题 1. 如何优化矩阵中行和列的枚举组合以减少计算时间? 2. 在计算行和列的交叉点时,如何更高效地处理重复计算的问题? 3. 如果矩阵的大小增加到更大的范围,如何调整算法以保持效率? 4. 如何处理矩阵中行和列的回文条件不同时的情况? 5. 如何扩展算法以支持更多的操作类型,例如翻转某个区域的值?
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