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  • 读贾志鹏《线性筛法与积性函数》笔记

    1.欧拉筛法在线性时间内求素数以及欧拉函数

    代码:

     1 procedure get;
     2  var i,j,k:longint;
     3  begin
     4  tot:=0;
     5  fillchar(check,sizeof(check),false);
     6  for i:=2 to n do
     7   begin
     8   if not(check[i]) then
     9    begin
    10     inc(tot);
    11     p[tot]:=i;
    12     fai[i]:=i-1;
    13    end;
    14   for j:=1 to tot do
    15    begin
    16     k:=i*p[j];
    17     if k>n then break;
    18     check[k]:=true;
    19     if i mod p[j]=0 then
    20      begin
    21       fai[k]:=fai[i]*p[j];
    22       break;
    23      end
    24     else
    25       fai[k]:=fai[i]*(p[j]-1);
    26    end;
    27  end;
    28 end;
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    其主要优越性在于:每个合数只被筛了一次,而且是被它的最小素因子筛掉的。

    证明如下:

    设合数n最小的质因数为p,它的另一个大于p的质因数为p′ ,令
    n = pm = p′ m′ 。观察上面的程序片段,可以发现j循环到质因数p
    时合数n第一次被标记(若循环到p 之前已经跳出循环,说明n 有
    更小的质因数),若也被p′标记,则是在这之前(因为m′ < m)
    ,考虑i循环到m′ ,注意到n = pm = p′ m′ 且p, p′为不同的质数,因
    此p|m′,所以当j循环到质数p后结束,不会循环到p′,这就说明不
    会被p′ 筛去。

    2.sigma(φ(d),d I n)=n

    这也是可以证明的,这里略去(不会上传图片),其实这个结论正是noi2002 robot 1题中的关键思路

    3.当n > 1时, 1 ... n中与n互质的整数和为n*φ (n) div 2

    这个可以这样考虑,假如x与n互质,那么n-x也一定与n互质,所以φ(n)肯定是个偶数,将这φ(n)

    两两配对,即得结论

    4.若f (n) 为积性函数,则函数g n = sigma(f(d),d|n)也是积性函数,反之亦然。

    莫比乌斯反演的基本形式就是:

    g(n) = sigma(d|n, f(d))
    f(n) = sigma(d|n, μ(n/d) * g(d))

    还有另外一个形式是:

    g(n) = sigma(d|n, f(d))
    f(n) = sigma(n|d, μ(n) * g(n/d))

    5.莫比乌斯函数

    mu (n) = egin{cases} 1 \ (-1)^k \ 0 \ end{cases} n=1\,
    n\,无平方数因数,且n = p_1 p_2 ...... p_k\,
    n\,有大于1\,的平方数因子

    6.

    莫比乌斯函数是一个积性函数

    sum_{d|n} mu (d) = egin{cases} 1 \ 0 end{cases} n=1\,
    其他状况

    狄利克雷卷积的方法表示,则是 mu * 1 = epsilon\, ,其中epsilon\,是狄利克雷卷积的单位元,这是默比乌斯反转公式的原理。

    这是可以证明的:

    当n》1时,考虑n的标准分解式有k项

    根据莫比乌斯函数的取值,考虑分类求左边的值,则

    左边=0+1+((1-1)的k次方)-1=0

    我解释一下:

    (1).0是当d含有了大于1的平方数因子时,总和为0

    (2).1是当d=1时,和为1

    (3).这个比较巧妙,剩下的应该是莫比乌斯函数取值中的第二种情况了

             实际上,(1-1)的k次方是一个组合的过程

             假设我们对n的k个素因子进行选择,一共要选择k次

             如果选,那么代表的它的莫比乌斯函数要变成原来的相反数,所以有个-1

             如果不选,那么让它乘上个-1,保持不变

             也就是说,当你把这个式子展开以后,每一项都有它的实际意义

             比如(-1)*(1)*(-1)*(-1)=-1代表n有4个素因子,我进行了4次选择,选了第1,3,4个素因子,没选第二个,所以莫比乌斯函数值为-1

             这样拆开的每一项除了1都代表着一个因子的莫比乌斯函数值,所以最后要减1

             而我们又可以很明显的看出(1-1)的k次方=0

             实际上,在robot一题中我已静经讲过这种方法的原理了 

             所以,命题得证

             Q.E.D

    7.线性时间求解莫比乌斯函数

       代码:

     1 procedure get;
     2  var i,j,k:longint;
     3      check:array[0..maxn] of boolean;
     4  begin
     5  fillchar(check,sizeof(check),false);
     6  tot:=0;mu[1]:=1;
     7  for i:=2 to maxn do
     8   begin
     9    if not(check[i]) then begin inc(tot);p[tot]:=i;mu[i]:=-1;end;
    10    for j:=1 to tot do
    11     begin
    12      k:=i*p[j];
    13      if k>maxn then break;
    14      check[k]:=true;
    15      if i mod p[j]<>0 then mu[k]:=-mu[i]
    16      else begin mu[k]:=0;break;end;
    17     end;
    18    end;   
    19  end;                               
    View Code

    实际上,莫比乌斯反演的应用有很多,证明过程也很精彩,但由于不能上传图片,我就不发上来了

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/zyfzyf/p/3804619.html
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