题链:
http://www.lydsy.com/JudgeOnline/problem.php?id=3512
题解:
$$求ANS=sum_{i=1}^{N}sum_{j=1}^{M}phi(ij)quad Nleq 10^5;Mleq 10^9$$
杜教筛
因为N比较小,所以从这里入手:
设$sum(n,M)=sum_{i=1}^{M}phi(ni)$
则答案为$ANS=sum_{n=1}^{N}sum(n,M)$
考虑如何求$sum(n,M)$
首先按照唯一分解定理,$n={p_1}^{a_1} imes {p_2}^{a_2} imescdots imes {p_k}^{a_k}$
另$n'={p_1}^{1} imes {p_2}^{1} imescdots imes {p_k}^{1},P=frac{n}{n'}$
由$phi$的定义可得:$$phi(n)=Pphi(frac{n}{P})=Pphi(n')$$
所以$$sum(n,M)=P imes sum(n',M)$$
(现在n'没有平方质因子,即$|mu(n')|=1$)
第一阶段已经结束,我们看看$sum(n',M)$又该怎么求?
任取一个n'的质因子,我们这里取最小的那个,用miniP表示:
显然$gcd(miniP,frac{n'}{miniP})=1,即miniP和frac{n'}{miniP}互质$
从$sum(n',M)=sum_{i=1}^{M}phi(n'i)$这个定义入手,接下来分两种情况:
(一)、miniP不是i的因子
那么有$$phi(n'i)=phi(miniP)phi(frac{n'}{miniP}i)=(miniP-1)phi(frac{n'}{miniP}i)$$
先假设$sum(n',M)=sum_{i=1}^{M}phi(n'i)$中枚举的i都与miniP互质,那么得到:
$$egin{aligned}
sum(n',M)&=sum_{i=1}^{M}phi(n'i)\
&=sum_{i=1}^{M}(miniP-1)phi({frac{n'}{minip}i})\
&=(miniP-1)sum(frac{n'}{minip},M)\
end{aligned}$$
(二)、miniP是i的因子
那么有$$phi(n'i)=miniPphi(frac{n'}{miniP}i)$$
显然对于上面的$sum(n',M)=(miniP-1)sum(frac{n'}{minip},M)$而言,每当枚举到一个i与miniP不互质时,
就会少加一个$phi(frac{n'}{miniP}i)$
现在我们希望把这些漏掉的加回来,设漏加的总和为w,则:
$$egin{aligned}
w&=sum_{miniP|i}phi(frac{n'}{miniP}i)\
&=sum_{i=1}^{lfloor frac{M}{miniP}
floor}phi(frac{n'}{miniP}(i imes miniP))\
&=sum_{i=1}^{lfloor frac{M}{miniP}
floor}phi(n'i)\
&=sum(n',lfloor frac{M}{miniP}
floor)
end{aligned}$$
所以,综上两种情况,我们得到:
$$sum(n',M)=(miniP-1)sum(frac{n'}{minip},M)+sum(n',lfloor frac{M}{miniP} floor)$$
差不多就这样了,我们枚举每个n,
分别求出:
$sum(n,M)=P imes sum(n',M)=P imes((miniP-1)sum(frac{n'}{minip},M)+sum(n',lfloor frac{M}{miniP} floor))$
对于每个sum(),进行递归求解,
到了递归的最底层时,
若n==1,那么$sum(1,M)=sum_{i=1}^{M}phi(i)$,用杜教筛求解。
若m==1,那么$sum(n,1)=phi(n),直接返回即可$
另外要先预处理出前$M^{frac{2}{3}}个phi()$的前缀和,便于降低杜教筛的复杂度。
代码:
#include<bits/stdc++.h> #define MAXN 100050 #define DJM 1000000 #define mod 1000000007 using namespace std; struct Hash_Table{ #define Hmod 1425367 int org[DJM],val[DJM],nxt[DJM],head[Hmod],hnt; Hash_Table(){hnt=2;} void Push(int x,int v){ static int u; u=x%Hmod; org[hnt]=x; val[hnt]=v; nxt[hnt]=head[u]; head[u]=hnt++; } int Find(int x){ static int u; u=x%Hmod; for(int i=head[u];i;i=nxt[i]) if(org[i]==x) return val[i]; return -1; } }H; int P[DJM+50],miniP[DJM+50],phi[DJM+50],sphi[DJM+50]; int sum[MAXN]; int N,M; void Sieve(){ static bool np[DJM+50]; static int prime[DJM+50],pnt; phi[1]=1; P[1]=1; miniP[1]=1; for(int i=2;i<=DJM;i++){ if(!np[i]) prime[++pnt]=i,phi[i]=i-1,P[i]=1,miniP[i]=i; for(int j=1;j<=pnt&&i<=DJM/prime[j];j++){ np[i*prime[j]]=1; miniP[i*prime[j]]=prime[j]; if(i%prime[j]){ phi[i*prime[j]]=phi[i]*phi[prime[j]]; P[i*prime[j]]=P[i]; }else{ phi[i*prime[j]]=phi[i]*prime[j]; P[i*prime[j]]=P[i]*prime[j]; break; } } } //for(int i=1;i<=DJM;i++) printf(":P=%d miniP=%d phi=%d ",P[i],miniP[i],phi[i]); for(int i=1;i<=DJM;i++) sphi[i]=(1ll*phi[i]+sphi[i-1])%mod; } int DJ_Sieve(int m){ if(m<=DJM) return sphi[m]; if(H.Find(m)!=-1) return H.Find(m); int now=(1ll*m*(1+m)/2)%mod; for(int i=2,last;i<=m;i=last+1){ last=m/(m/i); now=(1ll*now-1ll*(last-i+1)*DJ_Sieve(m/i)%mod+mod)%mod; } H.Push(m,now); return now; } int S(int n,int m){ if(m==0) return 0; if(m==1) return phi[n]; if(n==1) return DJ_Sieve(m); if(m==M&&sum[n]) return sum[n]; int now=(1ll*(miniP[n]-1)*S(n/miniP[n],m)+S(n,m/miniP[n]))%mod; if(m==M) sum[n]=now; if(now<0) printf("S %d %d ",n,m); return now; } int main(){ Sieve(); scanf("%d%d",&N,&M); int ans=0; for(int n=1;n<=N;n++) ans=(1ll*ans+1ll*P[n]*S(n/P[n],M))%mod; printf("%d ",ans); return 0; }