#莫比乌斯反演,整除分块,线性筛#洛谷 2522 bzoj 2301 problem b

本文深入解析了洛谷3455数论题目,详细介绍了如何使用前缀和、莫比乌斯反演等数学工具求解特定区间内两数最大公约数等于指定值的数对数量。通过枚举和整除分块,提供了一种高效的解决方案。

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题目

a ≤ x ≤ b , c ≤ y ≤ d a\leq x\leq b,c\leq y\leq d axb,cyd g c d ( x , y ) = k gcd(x,y)=k gcd(x,y)=k的个数


分析

其实只要做了洛谷 3455就会理解很多
蒟蒻的题解
然后这道题可以用前缀和表达出来
T o t a l A n s = A n s ( b , d ) − A n s ( a − 1 , d ) − A n s ( b , c − 1 ) + A n s ( a − 1 , c − 1 ) TotalAns=Ans(b,d)-Ans(a-1,d)-Ans(b,c-1)+Ans(a-1,c-1) TotalAns=Ans(b,d)Ans(a1,d)Ans(b,c1)+Ans(a1,c1)
那么如何求一个呢
f ( k ) = ∑ i = 1 n ∑ j = 1 m [ g c d ( i , j ) = k ] f(k)=\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{m} [gcd(i,j)=k] f(k)=i=1nj=1m[gcd(i,j)=k]
F ( d ) = ∑ k ∣ d f ( k ) = ⌊ n d ⌋ ⌊ m d ⌋ F(d)=\sum_{k|d}f(k)=\lfloor\frac{n}{d}\rfloor\lfloor\frac{m}{d}\rfloor F(d)=kdf(k)=dndm
根据莫比乌斯反演可以得到
f ( k ) = ∑ k ∣ d μ ( ⌊ d k ⌋ ) × F ( d ) f(k)=\sum_{k|d}\mu(\lfloor\frac{d}{k}\rfloor)\times F(d) f(k)=kdμ(kd)×F(d)
A n s = ∑ k ∣ d μ ( ⌊ d k ⌋ ) × F ( d ) Ans=\sum_{k|d}\mu(\lfloor\frac{d}{k}\rfloor)\times F(d) Ans=kdμ(kd)×F(d)
枚举 ⌊ d k ⌋ \lfloor\frac{d}{k}\rfloor kd,那么也就是
A n s = ∑ i = 1 m i n { n , m } μ ( i ) × ⌊ n i ∗ d ⌋ × ⌊ m i ∗ d ⌋ Ans=\sum_{i=1}^{min\{n,m\}}\mu(i)\times\lfloor\frac{n}{i*d}\rfloor\times\lfloor\frac{m}{i*d}\rfloor Ans=i=1min{n,m}μ(i)×idn×idm
接着用整除分块一波推就好了


代码

#include <cstdio>
#define rr register
#define min(a,b) ((a)<(b))?(a):(b)
#define N 50000
using namespace std;
typedef unsigned uit;
uit cnt,mu[N+1],v[N+1],prime[N+1];
inline signed iut(){
    rr uit ans=0; rr char c=getchar();
    while (c<48||c>57) c=getchar();
    while (c>47&&c<58) ans=(ans<<3)+(ans<<1)+c-48,c=getchar();
    return ans;
}
inline void iiiii(){//线性筛莫比乌斯函数
    mu[1]=1;
    for (rr uit i=2;i<=N;++i){
        if (!v[i]) v[i]=i,prime[++cnt]=i,mu[i]=-1;
        for (rr uit j=1;j<=cnt&&prime[j]*i<=N;++j){
            v[i*prime[j]]=prime[j];
            if (i%prime[j]==0) break;
            mu[i*prime[j]]=-mu[i];
        }
    }
    for (rr uit i=2;i<=N;++i) mu[i]+=mu[i-1];
}
inline void print(uit ans){
    if (ans>9) print(ans/10);
    putchar(ans%10+48);
}
inline signed answ(uit n,uit m,uit k){
    rr uit ans=0,t=min(n,m);
    for (rr uit l=1,r;l<=t;l=r+1){
        r=min(n/(n/l),m/(m/l));//确定区间
        ans+=(n/l/k)*(m/l/k)*(mu[r]-mu[l-1]);//计算答案
    }
    return ans;
}
signed main(){
    iiiii();
    for (rr uit t=iut();t;--t){
        rr uit a=iut(),b=iut(),c=iut(),d=iut(),k=iut();
        rr uit ans=answ(b,d,k)+answ(a-1,c-1,k)-answ(b,c-1,k)-answ(a-1,d,k);
        if (ans) print(ans); else putchar(48); putchar(10);
    }
    return 0;
}
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