计算一个式子:(sumlimits_{i = 1}^n cfrac{n}{i})。
很明显可以直接一个(for)循环,(O(n))求出结果,但是我们可以将其优化到(O(sqrt n))。
例题 AcWing199. 余数之和
给定正整数n和k,计算((k mod 1) + (k mod 1) + ... + (k mod n))的值。 (1 leq n, k leq 10^9)。
首先我们知道(k mod i = k - lfloor cfrac{k}{i}
floor * i)
所以上边式子可以化简为,(n * k - sumlimits_{i = 1}^n lfloor cfrac{k}{i}
floor * i),所以我们最主要的就是处理(lfloor cfrac{k}{i}
floor)。
首先对于(n = 10)、(k = 5)打个表,(i in [1, n]):(渲染之后,表格糊了,凑合看吧)
k | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
k/i | 5 | 2 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
很明显,我们发现(lfloor cfrac{k}{i} floor)的值呈区间变化,而除法分块就是让我们可以快速算出每一个区间的(l)和(r)端点,然后计算即可。
对于每一个区间,左端点(x = gx + 1)我们可以直接更新,然后对于右端点,先说结论,(gx = lfloor k / lfloor k / x floor floor)。
为什么呢?
对于(x in [1, k],)我们设(g(x) = lfloor k / lfloor k / x
floor
floor)。首先明白(f(x) = k / x)是一个单调递减函数,然后我们现在来构造,(g(x) = lfloor k / lfloor k / x
floor
floor geq) (lfloor k/(k / x)
floor),那么(lfloor k / g(x)
floor leq lfloor k / x
floor)。
再证明(lfloor k / g(x) floor geq lfloor k / x floor)。
(lfloor k / g(x) floor geq lfloor k / (k / lfloor k / x floor) floor)。
综上,得(lfloor k / g(x) floor = lfloor k / x floor)。
所以对于,(forall i in [x, lfloor k / lfloor k / x floor floor]),(lfloor k / i floor)的值都相等。
现在可以求区间端点的值了,下边证明为什么是(O(sqrt n))。
当(i leq sqrt n)时,(lfloor k / i
floor)最多有(sqrt k)个不同的值,而当(i > sqrt k)时,(lfloor k / i
floor < sqrt k),所以(lfloor k / i
floor)最多也只有(sqrt k)个不同的值,那么现在就明白了,我们上面分的块,最多有(2 sqrt k)块,因此就是(O(sqrt n))级别。
对于题目要求(sumlimits_{i = l}^r lfloor cfrac{k}{i} floor * i) = (sumlimits_{i = l}^r lfloor cfrac{k}{l} floor * i) = (lfloor cfrac{k}{l} floor sumlimits_{i = l}^r i),后边用等差数列求和公式即可。
// Problem: 余数之和
// Contest: AcWing
// URL: https://www.acwing.com/problem/content/201/
// Memory Limit: 64 MB
// Time Limit: 1000 ms
//
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#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
long long n, k;
cin >> n >> k;
long long res = n * k;
for (int x = 1, gx; x <= n; x = gx + 1) {
if (k / x == 0) gx = n;
else gx = min(k / (k / x), n);
res -= (k / x) * (x + gx) * (gx - x + 1) / 2;
}
cout << res << endl;
return 0;
}