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  • 矩阵求和

    经过重重笔试面试的考验,小明成功进入 Macrohard 公司工作。
    今天小明的任务是填满这么一张表:
    表有 n 行 n 列,行和列的编号都从1算起。
    其中第 i 行第 j 个元素的值是 gcd(i, j)的平方,
    gcd 表示最大公约数,以下是这个表的前四行的前四列:
    1 1 1 1
    1 4 1 4
    1 1 9 1
    1 4 1 16

    小明突然冒出一个奇怪的想法,他想知道这张表中所有元素的和。
    由于表过于庞大,他希望借助计算机的力量。

    「输入格式」
    一行一个正整数 n 意义见题。

    「输出格式」
    一行一个数,表示所有元素的和。由于答案比较大,请输出模 (10^9 + 7)(即:十亿零七) 后的结果。

    「样例输入」
    4

    「样例输出」
    48

    「数据范围」
    对于 30% 的数据,n <= 1000
    存在 10% 的数据,n = 10^5
    对于 60% 的数据,n <= 10^6
    对于 100% 的数据,n <= 10^7

    资源约定:
    峰值内存消耗(含虚拟机) < 256M
    CPU消耗 < 2000ms

    请严格按要求输出,不要画蛇添足地打印类似:“请您输入...” 的多余内容。

    注意:
    main函数需要返回0;
    只使用ANSI C/ANSI C++ 标准;
    不要调用依赖于编译环境或操作系统的特殊函数。
    所有依赖的函数必须明确地在源文件中 #include <xxx>
    不能通过工程设置而省略常用头文件。

    提交程序时,注意选择所期望的语言类型和编译器类型。

    莫比乌斯反演不会,但是可以明白下面这种解法。我们需要求n以内一共有几个k*k(1<=k<=n),也就是说gcd(i,j)=k的(i,j)共有多少对,可以转化为n/k以内gcd(i,j)=1的对数,这样就可以用欧拉筛法求一下欧拉函数,然后前缀和就是满足条件的对数,然后求总和。

    代码:

    #include <iostream>
    #define mod 1000000007
    #define MAX 10000005
    using namespace std;
    typedef long long ll;
    ll phi[MAX],s[MAX],prime[MAX];
    bool vis[MAX];
    void init(int n) {
        s[1] = phi[1] = 1;
        for(int i = 2;i <= n;i ++){
            if(!vis[i]) {
                phi[i] = i - 1;
                prime[++ prime[0]] = i;
            }
            for(int j = 1;j <= prime[0] && i * prime[j] <= n;j ++) {
                vis[i * prime[j]] = true;
                if(i % prime[j] == 0) {
                    phi[i * prime[j]] = phi[i] * prime[j];
                    break;
                }
                else phi[i * prime[j]] = phi[i] * phi[prime[j]];
            }
            s[i] = s[i - 1] + 2 * phi[i];
        }
    }
    
    int main(){
        int n;
        cin>>n;
        init(n);
        ll ans = 0;
        for(int i = 1;i <= n;i ++)
            ans = (ans + s[n / i] * i % mod * i) % mod;
        cout<<ans<<endl;
        return 0;
    }
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