51nod 1220 约数之和【莫比乌斯反演+杜教筛】

本文详细解析了一个涉及杜教筛算法的应用实例,通过数学推导展示了如何将复杂的多重求和问题转化为更易于处理的形式,并提供了完整的代码实现。

首先由这样一个式子:\( d(ij)=\sum_{p|i}\sum_{q|j}[gcd(p,q)==1]\frac{pj}{q} \)大概感性证明一下吧我不会证
然后开始推:
\[ \sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}\sum_{p|i}\sum_{q|j}[gcd(p,q)==1]\frac{pj}{q} \]
\[ \sum_{p=1}^{n}\sum_{q=1}^{n}[gcd(p,q)==1]\sum_{p|i}\sum_{q|j}\frac{pj}{q} \]
\[ \sum_{p=1}^{n}p\sum_{q=1}^{n}[gcd(p,q)==1]\left \lfloor \frac{n}{p} \right \rfloor\sum_{j=1}^{\left \lfloor \frac{n}{q} \right \rfloor}j \]
方便起见设\( f(n)=\sum_{i=1}^{n}i \)
\[ \sum_{p=1}^{n}p\sum_{q=1}^{n}\sum_{k|p,k|q}\mu(k)\left \lfloor \frac{n}{p} \right \rfloor f(\left \lfloor \frac{n}{q} \right \rfloor) \]
\[ \sum_{k=1}^{n}\mu(k)\sum_{k|p}p\left \lfloor \frac{n}{p} \right \rfloor\sum_{k|q}f(\left \lfloor \frac{n}{q} \right \rfloor) \]
\[ \sum_{k=1}^{n}\mu(k)\sum_{i=1}^{\left \lfloor \frac{n}{k} \right \rfloor}ik\left \lfloor \frac{n}{ik} \right \rfloor\sum_{j=1}^{\left \lfloor \frac{n}{k} \right \rfloor}f(\left \lfloor \frac{n}{jk} \right \rfloor) \]
\[ \sum_{k=1}^{n}\mu(k)k\sum_{i=1}^{\left \lfloor \frac{n}{k} \right \rfloor}i\left \lfloor \frac{n}{ik} \right \rfloor\sum_{j=1}^{\left \lfloor \frac{n}{k} \right \rfloor}f(\left \lfloor \frac{n}{jk} \right \rfloor) \]
这个样子显然可以用杜教筛了,但是注意到后面有两个求和式,可能会增大常数(但是也不会T啦),所以考虑这两个求和式的关系:
\[ \sum_{i=1}^{n}f(\left \lfloor \frac{n}{i} \right \rfloor) \]
\[ =\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{\left \lfloor \frac{n}{i} \right \rfloor}j \]
\[ =\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{\left \lfloor \frac{n}{i} \right \rfloor}j \]
\[ =\sum_{j=1}^{n}j\left \lfloor \frac{n}{j} \right \rfloor \]
所以这两个式子是一样的!于是就变成了:
\[ \sum_{k=1}^{n}\mu(k)k(\sum_{j=1}^{\left \lfloor \frac{n}{k} \right \rfloor}f(\left \lfloor \frac{n}{jk} \right \rfloor))^2 \]

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cmath>
using namespace std;
const int N=1000005,inv2=500000004,mod=1e9+7;
int m,mb[N],q[N],tot;
long long n,s[N],ans,ha[N];
bool v[N];
long long slv(long long n)
{
    return n*(n+1)%mod*inv2%mod;
}
long long wk(long long x)
{
    if(x<=m)
        return s[x];//cout<<x<<endl;
    if(ha[n/x])
        return ha[n/x];
    long long re=1ll;
    for(int i=2,la;i<=x;i=la+1)
    {
        la=x/(x/i);
        re=(re-(slv(la)-slv(i-1))*wk(x/i)%mod)%mod;
    }
    return ha[n/x]=re;
}
long long clc(long long n)
{
    long long re=0ll;
    for(int i=1,la;i<=n;i=la+1)
    {
        la=n/(n/i);
        re=(re+(la-i+1)*slv(n/i)%mod)%mod;
    }
    return re;
}
int main()
{
    scanf("%lld",&n);
    m=(int)ceil(pow((int)n,2.0/3));
    mb[1]=1;
    for(int i=2;i<=m;i++)
    {
        if(!v[i])
        {
            q[++tot]=i;
            mb[i]=-1;
        }
        for(int j=1;j<=tot&&q[j]*i<=m;j++)
        {
            int k=i*q[j];
            v[k]=1;
            if(i%q[j]==0)
            {
                mb[k]=0;
                break;
            }
            mb[k]=-mb[i];
        }
    }
    for(int i=1;i<=m;i++)
        s[i]=(s[i-1]+i*mb[i])%mod;
    //cout<<wk(102)<<" "<<wk(101)<<endl;
    for(int i=1,la;i<=n;i=la+1)
    {
        la=n/(n/i);
        long long ml=clc(n/i);//if(i!=1)cout<<i-1<<" "<<n/(i-1)<<endl<<la<<" "<<n/la<<endl;
        ans=(ans+(wk(la)-wk(i-1))*ml%mod*ml%mod)%mod;
    }
    printf("%lld",(ans%mod+mod)%mod);
    return 0;
} 

转载于:https://www.cnblogs.com/lokiii/p/8334216.html

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