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  • BZOJ2818 与 BZOJ2301【euler,线性筛,莫比乌斯】

    题目大意:

      给一个范围[1,n],从中找出两个数x,y,使得gcd(x,y)为质数,问有多少对(x,y有序)

    解法:

      不难,欧拉函数练手题,可以定义集合P ={x|x为素数},那么我们枚举gcd(x,y)可能等于的情况,对于任意p∈P可以得到:gcd(k1·p,k2·p) = p,当且仅当gcd(k1,k2) =1;那么我们就只需要枚举所有的k1,k2了。不妨设k1>k2,那么给定k1,k2的个数就是phi(k1),因为有序,所以给phi*2,但是,这样是否漏算了呢?没错,漏算了(1,1),补上就行了,那么这个的答案就是计算下面那个表达式。

                                  

      稍有常识的人就会看出,如果我们的坦克再前进一步(大雾)要算这个式子,复杂度是O(n^2)的,我们分析一下复杂度主要消耗再哪里。

      1.算phi

        如果我们用暴力公式,也就是的话,复杂度显然是很高的,全算出来高达(不是那个高达)O(n*sqrt(n)),这样的复杂度在1e7内是无法忍受的,所以我们 

        必须另外想办法,下面我引入三个很厉害东西:

          1.当p∈P时,phi(p) = p-1;

           2.如果i mod p = 0, 那么 phi(i * p)=p * phi(i),证明略,其实我也不会证

           3.若i mod p ≠0,  那么 phi( i * p )=phi(i) * ( p-1 ) ;

        有了这三个就容易写出线性的求euler函数了。

      2.二重循环

        里面那一重循环可以在外面递推乱搞,自己想,或者看我代码。

      那么这个的复杂度就降为了O(n);

    3.下面是代码

      

     1 #include<bits/stdc++.h>
     2 using namespace std;
     3 int flag[10000001],p[6000000],tot;
     4 int phi[10000001];
     5 void get_p(int end){
     6     for(int i=1;i<=end;i++)
     7         flag[i] = 1;
     8     for(int i=2; i<=end; i++){   
     9         if(flag[i]==1){
    10             p[++tot]=i;
    11             phi[i] = i-1;   
    12         }
    13         for(int j=1; j<=tot && p[j]*i<=end; j++){   
    14             flag[p[j]*i]=0; 
    15             if(i%p[j]==0){
    16                 phi[i*p[j]] = p[j] * phi[i]; //欧拉函数的特性 
    17                 break;   
    18             }else phi[i*p[j]] = (p[j]-1) * phi[i];
    19         }
    20     }
    21 }
    22 long long f[10000001];
    23 
    24 int main(){
    25     int n;
    26     cin >> n;
    27     get_p(n);
    28     f[1] = 1;
    29     for(int i=2;i<=n;i++){
    30         f[i] = f[i-1] +phi[i]*2;
    31     }
    32     long long ans = 0;
    33     for(int i=1;i<=tot;i++){
    34         ans = ans+f[n/p[i]];
    35     }
    36     cout<<ans;
    37     return 0;
    38 }

    4.拓展

      这个问题就这么轻易的解决了,但是我们稍加思考,就能想到它的一个变式:

      变式链接: bzoj2301

      给一个范围[l,n],[p,m],定义x,y,x∈[1,n],y∈[1,m],使得gcd(x,y)=k,问有多少对(x,y无序)。

      对于这道题,我们不得不引入新的概念,莫比乌斯反演:

      其内涵主要是下面这个公式,其中mu是莫比乌斯函数,其定义为:

      ki表示x的唯一分解后每个质数的次数。µ函数还有一个性质

      上面的莫比乌斯反演公式我们还有一种表达方法,本题要用的就是这个。

    5.解决

      可设f(x)表示gcd(a,b)=x的个数,F(x)表示满足x|gcd(a,b)的个数。那么我们可以考虑把区间分为两部分,对于[l,n],我们可以将它分为[1,n]-[1,l]+{l}(又不是搞数学那么讲究干嘛),然后我们先计算在[1,n]中有多少个a是x的倍数,容易得到这个数字为n/x。同理我们可以求得在[1,l]中有l/x个,在[1,m]中有m/x个,在[1,p]中有p/x个。这样我们就容易得到在[l,n]这个闭区间中有s1=(n/x-l/x+[l|x])注意,这里的[l|x]表示的是下面的意思。同样,我们也可以得到在[p,m]中有s2=(m/x-p/x+[p|x])。那么F(x) =s1*s2个(乘法原理)。

    1 if(x % i == 0)
    2     return 1;
    3 else
    4     return 0;

    并且我们还能得到另一个式子  ,我们的目的是要求f(k),那么由这个式子和莫比乌斯反演公式可以得到,,嗯,我写一下看看提交上去会不会超时哈。

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