2019.01.20【SDOI2015】【BZOJ3994】【洛谷P3327】约数个数和(莫比乌斯反演)

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解析:

首先呢,这个既没有 g c d gcd 也没有 l c m lcm 的式子让我们很头疼啊。。。

但是我们有一个结论,在文章的最后会我给出一个证明:
d ( i j ) = k i l j [ gcd ( k , l ) = 1 ] d(ij)=\sum_{k\mid i}\sum_{l\mid j}[\gcd(k,l)=1]

通过这个结论我们可以把式子大力化简一波:
i = 1 n j = 1 m d ( i j ) = i = 1 n j = 1 m k i l j [ gcd ( k , l ) = 1 ] \begin{aligned} \sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^md(ij)=&\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^m\sum_{k\mid i}\sum_{l\mid j}[\gcd(k,l)=1] \end{aligned}

直接反演得到: A n s = i = 1 n j = 1 m k i l j d gcd ( k , l ) μ ( d ) = d = 1 min ( n , m ) μ ( d ) i = 1 n j = 1 m k i l j [ d gcd ( k , l ) ] \begin{aligned} Ans=&\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^m\sum_{k\mid i}\sum_{l \mid j}\sum_{d\mid\gcd(k,l)}\mu(d)\\ =&\sum_{d=1}^{\min(n,m)}\mu(d)\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^m\sum_{k\mid i}\sum_{l \mid j}[d\mid \gcd(k,l)] \end{aligned}

考虑先枚举 k , l k,l
A n s = d = 1 min ( n , m ) μ ( d ) k = 1 n l = 1 m [ d gcd ( k , l ) ] n k m l = d = 1 min ( n , m ) μ ( d ) k = 1 n d l = 1 m d n d k m d l \begin{aligned} Ans=&\sum_{d=1}^{\min(n,m)}\mu(d)\sum_{k=1}^n\sum_{l=1}^m[d\mid \gcd(k,l)]\lfloor\frac{n}{k}\rfloor\lfloor\frac{m}l\rfloor\\ =&\sum_{d=1}^{\min(n,m)}\mu(d)\sum_{k=1}^{\lfloor\frac{n}d\rfloor}\sum_{l=1}^{\lfloor\frac{m}{d}\rfloor}\lfloor\frac{n}{dk}\rfloor\lfloor\frac{m}{dl}\rfloor \end{aligned}

最后分配率拆出来就是我们需要的东西: A n s = d = 1 min ( n , m ) μ ( d ) ( k = 1 n d n d k ) ( l = 1 m d m d k ) Ans=\sum_{d=1}^{\min(n,m)}\mu(d)(\sum_{k=1}^{\lfloor\frac{n}{d}\rfloor}\lfloor\frac{n}{dk}\rfloor)(\sum_{l=1}^{\lfloor\frac{m}{d}\rfloor}\lfloor\frac{m}{dk}\rfloor)

现在考虑怎么求这个东西: g ( n ) = i = 1 n n i g(n)=\sum_{i=1}^{n}\lfloor\frac{n}i\rfloor

首先你可以整除分块预处理出来所有的 g g ,复杂度 O ( n n ) O(n\sqrt n)

但是我的目标预处理复杂度是 O ( n ) O(n)

这里不是推式子的事情了,转换一下思路, n 1 \lfloor\frac{n}1\rfloor [ 1 , n ] [1,n] 中有 1 1 这个因子的数的个数, n 2 \lfloor\frac{n}2\rfloor [ 1 , n ] [1,n] 中有 2 2 这个因子的数的个数。。。

所以 g g 实际上就是 d d 的前缀和。。。

线性筛,然后整除分块,这道题就做完了。


一个小证明:

d ( i j ) = k i l j [ gcd ( k , l ) = 1 ] d(ij)=\sum_{k\mid i}\sum_{l\mid j}[\gcd(k,l)=1]

其实就是考虑怎么建立二元组 ( k , l ) (k,l) i j ij 的约数之间的一一对应的关系

首先每一个 i j ij 约数 q q ,考虑其中的某个质因子 p p ,使得 q = s p t q=s\cdot p^t

考虑 i = i p a , j = j p b i=i'\cdot p^a,j=j'\cdot p^b ,显然有 t a + b t\leq a+b

那么对于每个质因子 p p ,如果 t a t\leq a ,那么我们在 k k 当中分配 t t 个质因子,不给 l l 质因子 p p ,否则我们在 k k 当中不保存质因子 p p ,给 l l 分配 t a t-a 个质因子,显然,这样的分配下来 gcd ( k , l ) = 1 \gcd(k,l)=1 ,并且每一个质因子对应唯一的分解方案,由此就构成了一一对应。

(写的有点口胡,语言不是很严谨,但是正确性是毋庸置疑的)


代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define ll long long
#define re register
#define gc get_char
#define pc putchar
#define cs const

namespace IO{
	namespace IOONLY{
		cs int Rlen=1<<18|1;
		char buf[Rlen],*p1,*p2;
	}
	inline char get_char(){
		using namespace IOONLY;
		return (p1==p2)&&(p2=(p1=buf)+fread(buf,1,Rlen,stdin),p1==p2)?EOF:*p1++;
	}
	
	inline int getint(){
		re int num;
		re char c;
		while(!isdigit(c=gc()));num=c^48;
		while(isdigit(c=gc()))num=(num+(num<<2)<<1)+(c^48);
		return num;
	}
	inline void outint(ll a){
		static char ch[23];
		if(a==0)pc('0');
		while(a)ch[++ch[0]]=a-a/10*10,a/=10;
		while(ch[0])pc(ch[ch[0]--]^48);
	}
}
using namespace IO;

cs int P=50004;
int prime[P],pcnt,mu[P];
int d[P],minprit[P];
bool mark[P];
inline void linear_sieves(int len=P-4){
	d[1]=1;mu[1]=1;
	for(int re i=2;i<=len;++i){
		if(!mark[i])prime[++pcnt]=i,minprit[i]=1,d[i]=2,mu[i]=-1;
		for(int re j=1;i*prime[j]<=len;++j){
			mark[i*prime[j]]=true;
			if(i%prime[j]==0){
				mu[i*prime[j]]=0;
				minprit[i*prime[j]]=minprit[i]+1;
				d[i*prime[j]]=d[i]/(minprit[i]+1)*(minprit[i]+2);
				break;
			}
			mu[i*prime[j]]=-mu[i];
			d[i*prime[j]]=2*d[i];
			minprit[i*prime[j]]=1;
		}
		mu[i]+=mu[i-1];
		d[i]+=d[i-1];
	}
}

inline ll solve(int n,int m){
	if(n>m)swap(n,m);
	ll ans=0;
	for(int re i=1,j;i<=n;i=j+1){
		j=min(n/(n/i),m/(m/i));
		ans+=(ll)d[n/i]*d[m/i]*(mu[j]-mu[i-1]);
	}
	return ans;
}

signed main(){
	linear_sieves();
	for(int re T=getint();T--;outint(solve(getint(),getint())),pc('\n'));
	return 0;
}

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