[BZOJ3944]Sum-杜教筛

Sum

Description

题面

Input

一共T+1行
第1行为数据组数T(T<=10)
第2~T+1行每行一个非负整数N,代表一组询问

Output

一共T行,每行两个用空格分隔的数ans1,ans2

Sample Input

6
1
2
8
13
30
2333

Sample Output

1 1
2 0
22 -2
58 -3
278 -3
1655470 2


很久以前,本蒟蒻很naive的认为O(n)O(n)的线性筛已经是最快的筛法了……
然而现在这个神奇的O(n23)O(n23)的杜教筛完全推翻了本蒟蒻的想法…….
大千世界真是无奇不有…….


思路:
杜教筛入门题。
杜教筛可以用来解决一些积性函数的前缀和问题。
主要是利用了这类积性函数的一些神奇的性质来简化求值……

咱语文水平不高所以上面两句毫无意义的话可以无视。
不如我们来推一波?
看例子想必是最容易理解的了,尤其是同时看两个。

φ(n):φ(n):
对于φ(n)φ(n),有一个性质:d|nφ(d)=n∑d|nφ(d)=n
我们可以把它转化成这样:φ(n)=nd|n,d<nφ(d)φ(n)=n−∑d|n,d<nφ(d)

定义它的前缀和为ϕ(n)ϕ(n),有:

ϕ(n)=ni=1φ(i)ϕ(n)=∑i=1nφ(i)
=ni=1id|i,d<iφ(d)=∑i=1ni−∑d|i,d<iφ(d)
=n(n+1)2ni=2d|i,d<iφ(d)=n⋅(n+1)2−∑i=2n∑d|i,d<iφ(d)
=n(n+1)2ni=2nid=1φ(d)=n⋅(n+1)2−∑i=2n∑d=1⌊ni⌋φ(d)
=n(n+1)2ni=2ϕ(ni)=n⋅(n+1)2−∑i=2nϕ(⌊ni⌋)

然后因为ni⌊ni⌋的取值对于一段连续的ii是相同的,咱就可以把相同的用乘法加速计算,而不是一个个去枚举了。

μ(n):
对于μ(n)μ(n),同样有一个性质:[n=1]=d|nμ(d)[n=1]=∑d|nμ(d)

定义它的前缀和为M(n)M(n),有:

1=ni=1[i=1]1=∑i=1n[i=1]
=ni=1d|iμ(d)=∑i=1n∑d|iμ(d)
=ni=1nid=1μ(d)=∑i=1n∑d=1⌊ni⌋μ(d)
=ni=1M(ni)=∑i=1nM(⌊ni⌋)

所以M(n)=1ni=2M(ni)M(n)=1−∑i=2nM(⌊ni⌋),同样可以用ni⌊ni⌋的相同取值来加速。

于是这题就可做了,用哈希或map来一波记忆化搜索,就可以做到上面的O(n23)O(n23)了~

实现上,如果你和咱一样懒并且不怕自己的程序的时间复杂度多一个loglog,尽管和咱一样开map,时间还是可以接受的(反正只是一个不算太大的值)~

另外会爆int,直接开long long或者int计算时强转都是可以的~

#include<iostream>
#include<map>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<cstdlib>
#include<algorithm>

using namespace std;

typedef long long ll;
typedef map<int,ll>::iterator m_it;

const int N=5000000;

int pri[N/5],tot;
ll phi[N],mu[N];
bool npri[N];
int n;

map<int,ll>phis,mus;

inline void init()
{
    phi[1]=1;
    mu[1]=1;

    for(int i=2;i<N;i++)
    {
        if(!npri[i])
        {
            pri[++tot]=i;
            mu[i]=-1;
            phi[i]=i-1;
        }

        for(int j=1;j<=tot && pri[j]*i<N;j++)
        {
            npri[pri[j]*i]=1;

            if(i%pri[j])
            {
                phi[pri[j]*i]=(pri[j]-1)*phi[i];
                mu[pri[j]*i]=-mu[i];
            }
            else
            {
                phi[pri[j]*i]=phi[i]*pri[j];
                mu[pri[j]*i]=0;
                break;
            }
        }
    }

    for(int i=1;i<N;i++)
    {
        phi[i]+=phi[i-1];
        mu[i]+=mu[i-1];
    }
}

ll calc_phi(ll n)
{
    if(n<N)
        return phi[n];

    m_it it;
    if((it=phis.find(n))!=phis.end())
        return it->second;

    ll ret=n*(n+1)>>1,nxt;
    for(ll i=2;i<=n;i=nxt+1)
    {
        nxt=n/(n/i);
        ret-=(nxt-i+1)*calc_phi(n/i);
    }

    return phis[n]=ret;
}

ll calc_mu(ll n)
{
    if(n<N)
        return mu[n];

    m_it it;
    if((it=mus.find(n))!=mus.end())
        return it->second;

    ll ret=1,nxt;
    for(ll i=2;i<=n;i=nxt+1)
    {
        nxt=n/(n/i);
        ret-=(nxt-i+1)*calc_mu(n/i);
    }

    return mus[n]=ret;
}

int main()
{
    int T;
    scanf("%d",&T);

    init();
    while(T--)
    {
        scanf("%d",&n);
        printf("%lld %lld\n",calc_phi(n),calc_mu(n));
    }

    return 0;
}

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