Luogu 4213 【模板】杜教筛(Sum)
当作杜教筛的笔记吧。
杜教筛
要求一个积性函数$f(i)$的前缀和,现在这个东西并不是很好算,那么我们考虑让它卷上另外一个积性函数$g(i)$,使$(f * g)$的前缀和变得方便计算,然后再反推出这个$f$函数的前缀和。
$$\sum_{i = 1}^{n}(f * g)(i) = \sum_{i = 1}^{n}\sum_{d | i}g(d)f(\frac{i}{d}) = \sum_{d = 1}^{n}g(d)\sum_{i = 1}^{\left \lfloor \frac{n}{d} \right \rfloor}f(i) = \sum_{d = 1}^{n}g(d)S(\frac{n}{d}{})$$
把$g(1)S(n)$移过来
$$g(1)S(n) = \sum_{i = 1}^{n}(f * g)(i) - \sum_{i = 2}^{n}g(i)S(\left \lfloor \frac{n}{i} \right \rfloor)$$
这个式子就是杜教筛的精髓了。
我们可以先筛出$[1, \sqrt{n}]$区间内的该积性函数的前缀和,然后再分块递归求解$(\sqrt{n}, n]$中的该函数的前缀和,可以做到$O(n^{\frac{2}{3}})$的优秀的复杂度(并不会这个复杂度的证明)。
应该用一个哈希表存一下已经计算过的各个$S(n)$的值($unordered\_map$)。
接下来的问题就是考虑如何搭配出这个积性函数$g$了。
模板题
考虑如何计算$\mu$和$\varphi$。
我们知道$\mu * I = \epsilon$,那么有
$$S(n) = \sum_{i = 1}^{n}\epsilon(i) - \sum_{i = 2}^{n}S(\left \lfloor \frac{n}{i} \right \rfloor)$$
滑稽吧,$\epsilon$的前缀和还不是$1$。
我们又知道$\varphi * I = id$,那么又有
$$S(n) = \sum_{i = 1}^{n}id(i) - \sum_{i = 2}^{n}S(\left \lfloor \frac{n}{i} \right \rfloor)$$
而$\sum_{i = 1}^{n}id(i) = \sum_{i = 1}^{n}i = \frac{i(i + 1)}{2}$。
解决了!
Code:
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <unordered_map>
using namespace std;
typedef long long ll; const int N = 5e6 + ;
const int Maxn = 5e6; int testCase, pCnt = , pri[N], mu[N], phi[N];
ll sumMu[N], sumPhi[N];
bool np[N];
unordered_map <int, ll> sMu, sPhi; template <typename T>
inline void read(T &X) {
X = ; char ch = ; T op = ;
for (; ch > ''|| ch < ''; ch = getchar())
if (ch == '-') op = -;
for (; ch >= '' && ch <= ''; ch = getchar())
X = (X << ) + (X << ) + ch - ;
X *= op;
} inline void sieve() {
mu[] = , phi[] = ;
for (int i = ; i <= Maxn; i++) {
if (!np[i]) pri[++pCnt] = i, phi[i] = i - , mu[i] = -;
for (int j = ; j <= pCnt && i * pri[j] <= Maxn; j++) {
np[i * pri[j]] = ;
if (i % pri[j] == ) {
phi[i * pri[j]] = phi[i] * pri[j];
mu[i * pri[j]] = ;
break;
}
phi[i * pri[j]] = phi[i] * phi[pri[j]];
mu[i * pri[j]] = -mu[i];
}
} for (int i = ; i <= Maxn; i++) {
sumMu[i] = sumMu[i - ] + mu[i];
sumPhi[i] = sumPhi[i - ] + phi[i];
}
} ll getPhi(int n) {
if (n <= Maxn) return sumPhi[n];
if (sPhi[n]) return sPhi[n];
ll res = 1LL * n * (n + ) / ;
for (int l = , r; l <= n; l = r + ) {
r = (n / (n / l));
res -= 1LL * (r - l + ) * getPhi(n / l);
}
return sPhi[n] = res;
} ll getMu(int n) {
if (n <= Maxn) return sumMu[n];
if (sMu[n]) return sMu[n];
ll res = 1LL;
for (int l = , r; l <= n; l = r + ) {
r = (n / (n / l));
res -= 1LL * (r - l + ) * getMu(n / l);
}
return sMu[n] = res;
} int main() {
sieve();
read(testCase);
for (int n; testCase--; ) {
read(n);
printf("%lld %lld\n", getPhi(n), getMu(n));
}
return ;
}
感觉时限特别急,能别开$long \ long$就别开。
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