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2020-2021:teams:i_dont_know_png:potassium:sieve [2020/05/26 00:01] nikkukun add some contents |
2020-2021:teams:i_dont_know_png:potassium:sieve [2020/06/07 12:46] (当前版本) nikkukun fix some typos |
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行 179: | 行 179: | ||
\begin{aligned} | \begin{aligned} | ||
\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}\gcd(i,j)&=\sum_{d=1}^{n}d\sum_{i=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}\sum_{j=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}[(i,j)=1]\\ | \sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}\gcd(i,j)&=\sum_{d=1}^{n}d\sum_{i=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}\sum_{j=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}[(i,j)=1]\\ | ||
- | &=\sum_{d=1}^{n}d\sum_{i=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}\sum_{j=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}\sum_{k|i,k|j}\mu(k)\\ | + | &=\sum_{d=1}^{n}d\sum_{i=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}\sum_{j=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}\sum_{k\mid i,k\mid j}\mu(k)\\ |
&=\sum_{d=1}^{n}d\sum_{k=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}\lfloor\frac{n}{kd}\rfloor^2\mu(k)\\ | &=\sum_{d=1}^{n}d\sum_{k=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}\lfloor\frac{n}{kd}\rfloor^2\mu(k)\\ | ||
\text{令}T=kd\\ | \text{令}T=kd\\ | ||
- | &=\sum_{T=1}^{n}\sum_{d|T}d\mu(\frac Td)\lfloor\frac nT\rfloor^2\\ | + | &=\sum_{T=1}^{n}\sum_{d\mid T}d\mu(\frac Td)\lfloor\frac nT\rfloor^2\\ |
- | &=\sum_{T=1}^{n}\lfloor\frac nT\rfloor^2\sum_{d|T}d\mu(\frac Td)\\ | + | &=\sum_{T=1}^{n}\lfloor\frac nT\rfloor^2\sum_{d\mid T}d\mu(\frac Td)\\ |
&=\sum_{T=1}^{n}\lfloor\frac nT\rfloor^2\varphi(T)\\ | &=\sum_{T=1}^{n}\lfloor\frac nT\rfloor^2\varphi(T)\\ | ||
\end{aligned} | \end{aligned} | ||
行 210: | 行 210: | ||
因此我们只需要快速求出 $f(i)=i^2\varphi(i)$ 的前缀和,然后对 $d$ 数论分块求解。 | 因此我们只需要快速求出 $f(i)=i^2\varphi(i)$ 的前缀和,然后对 $d$ 数论分块求解。 | ||
- | 找到 $g(i)=\text{id}(i)^2$ ,此时有 $(f\ast g)(n)=\sum_{d|n}d^2\varphi(d)(\frac {n}{d})^2=n^2\sum_{d|n}\varphi(d)=n^3$ 。利用公式 $\sum_{i=1}^{n}i^3=\frac{n^2(n+1)^2}{4}$ ,本题得解。 | + | 找到 $g(i)=\text{id}(i)^2$ ,此时有 $(f\ast g)(n)=\sum_{d\mid n}d^2\varphi(d)(\frac {n}{d})^2=n^2\sum_{d\mid n}\varphi(d)=n^3$ 。利用公式 $\sum_{i=1}^{n}i^3=\frac{n^2(n+1)^2}{4}$ ,本题得解。 |
<hidden 参考实现> | <hidden 参考实现> | ||
行 303: | 行 303: | ||
</hidden> | </hidden> | ||
+ | \\ | ||
+ | |||
+ | |||
+ | === 平均最小公倍数之和 === | ||
+ | |||
+ | **[[http://www.51nod.com/Challenge/Problem.html#problemId=1227|51nod 1227]]** | ||
+ | |||
+ | 求 $\sum_{i=a}^{b}\frac 1i\sum_{j=1}^{i}\text{lcm}(i,j)$ 。 | ||
+ | |||
+ | 考虑求前缀和函数 $s_n$ 进行差分,答案为 $s_b-s_{a-1}$。以下推导比较详细(冗杂),是为方便接触较少的同学一步步推导(后续内容会适当省略某些步骤): | ||
+ | |||
+ | $$ | ||
+ | \begin{aligned} | ||
+ | s_n&=\sum_{i=1}^{n}\frac 1i\sum_{j=1}^{i}\text{lcm}(i,j)\\ | ||
+ | &=\sum_{i=1}^{n}\frac 1i\sum_{j=1}^{i}\frac{ij}{\gcd(i,j)}\\ | ||
+ | &=\sum_{i=1}^{n}\sum_{d\mid i}\frac 1d\sum_{j=1}^{i}j[\gcd(i,j)=d]\\ | ||
+ | &=\sum_{i=1}^{n}\sum_{d\mid i}\frac 1d\sum_{j=1}^{\frac id}jd[\gcd(\frac id,j)=1]\\ | ||
+ | &=\sum_{i=1}^{n}\sum_{d\mid i}F(\frac id)\\ | ||
+ | 其中 | ||
+ | F(n)&=\sum_{j=1}^{n}j[\gcd(n,j)=1]\\ | ||
+ | &=\sum_{j=1}^{n}j\sum_{k\mid n,k\mid j}\mu(k)\\ | ||
+ | &=\sum_{k\mid n}\mu(k)\sum_{j=1}^{\frac nk}jk\\ | ||
+ | &=\sum_{k\mid n}\mu(k)k\frac 12\frac nk(\frac nk+1)\\ | ||
+ | &=\frac n2\sum_{k\mid n}\mu(k)(\frac nk+1)\\ | ||
+ | &=\frac n2(\varphi(n)+\epsilon(n))\\ | ||
+ | 于是 s_n&=\sum_{i=1}^{n}\sum_{d\mid i}\frac d2(\varphi(d)+\epsilon(d))\\ | ||
+ | &=\sum_{d=1}^{n}\sum_{i=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}\frac d2(\varphi(d)+\epsilon(d))\\ | ||
+ | &=\frac 12(\sum_{d=1}^{n}\lfloor\frac nd\rfloor d\varphi(d)+n)\\ | ||
+ | \end{aligned} | ||
+ | $$ | ||
+ | |||
+ | 故问题转化为快速求 $f=\text{id}\cdot \varphi$ 的前缀和,令 $g=\text{id}$ ,则 $(f\ast g)(n)=\sum_{d\mid n}d\varphi(d)\frac nd=n\sum_{d\mid n}\varphi(d)=n^2$ 。 | ||
+ | |||
+ | <hidden 参考实现> | ||
+ | <code:cpp> | ||
+ | #include<cstdio> | ||
+ | #include<algorithm> | ||
+ | #include<queue> | ||
+ | #include<map> | ||
+ | #include<cstring> | ||
+ | #include<cmath> | ||
+ | #include<cstdlib> | ||
+ | #include<set> | ||
+ | #include<unordered_map> | ||
+ | #include<vector> | ||
+ | typedef long long ll; | ||
+ | using namespace std; | ||
+ | #define pii pair<int,int> | ||
+ | #define pb push_back | ||
+ | #define mp make_pair | ||
+ | #define fi first | ||
+ | #define se second | ||
+ | #define mod 1000000007 | ||
+ | #define N 1000000 | ||
+ | char isnp[N+10]; | ||
+ | int pri[N+10],cnt; | ||
+ | ll phi[N+10],sp[N+10]; | ||
+ | void sieve(int n){ | ||
+ | int i,j; | ||
+ | isnp[0]=isnp[1]=1; | ||
+ | phi[1]=1; | ||
+ | for(i=2;i<=n;i++){ | ||
+ | if(!isnp[i])pri[cnt++]=i,phi[i]=i-1; | ||
+ | for(j=0;j<cnt;j++){ | ||
+ | if(pri[j]*i>n)break; | ||
+ | isnp[i*pri[j]]=1; | ||
+ | if(i%pri[j]==0){ | ||
+ | phi[i*pri[j]]=phi[i]*pri[j]; | ||
+ | break; | ||
+ | }else{ | ||
+ | phi[i*pri[j]]=phi[i]*(pri[j]-1); | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | for(i=1;i<=n;i++)sp[i]=(sp[i-1]+1LL*i*phi[i])%mod; | ||
+ | } | ||
+ | map<int,ll>m; | ||
+ | ll inv2,inv6; | ||
+ | ll qp(ll a,ll b){ | ||
+ | ll res=1; | ||
+ | for(;b;b>>=1,a=a*a%mod)if(b&1)res=res*a%mod; | ||
+ | return res; | ||
+ | } | ||
+ | ll s1(ll l,ll r){ | ||
+ | return (l+r)*(r-l+1)%mod*inv2%mod; | ||
+ | } | ||
+ | ll s2(ll n){ | ||
+ | return n*(n+1)%mod*(2*n+1)%mod*inv6%mod; | ||
+ | } | ||
+ | ll getSF(int n){ | ||
+ | if(n<=N)return sp[n]; | ||
+ | if(m.count(n))return m[n]; | ||
+ | int i,r; | ||
+ | ll res=s2(n); | ||
+ | for(i=2;i<=n;i=r+1){ | ||
+ | r=n/(n/i); | ||
+ | (res-=getSF(n/i)*s1(i,r)%mod)%=mod; | ||
+ | } | ||
+ | return m[n]=res; | ||
+ | } | ||
+ | ll getS(int n){ | ||
+ | ll res=n; | ||
+ | int i,r; | ||
+ | for(i=1;i<=n;i=r+1){ | ||
+ | r=n/(n/i); | ||
+ | (res+=n/i*(get(r)-get(i-1))%mod)%=mod; | ||
+ | } | ||
+ | return res*inv2%mod; | ||
+ | } | ||
+ | int main(){ | ||
+ | int a,b; | ||
+ | inv2=qp(2,mod-2); | ||
+ | inv6=qp(6,mod-2); | ||
+ | sieve(N); | ||
+ | scanf("%d%d",&a,&b); | ||
+ | printf("%d",(getS(b)-getS(a-1)+2*mod)%mod); | ||
+ | return 0; | ||
+ | } | ||
+ | </code> | ||
+ | </hidden> | ||
+ | \\ | ||
+ | |||
+ | |||
+ | === 约数之和 === | ||
+ | |||
+ | **[[http://www.51nod.com/Challenge/Problem.html#problemId=1220|51nod 1220]]** | ||
+ | |||
+ | 求 $\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}\sigma(i\times j)$ 。 | ||
+ | |||
+ | 关于约数和 $\sigma$ 和约数个数 $d$ ,分别有结论: | ||
+ | |||
+ | $$ | ||
+ | \begin{aligned} | ||
+ | d(i\times j)&=\sum_{x\mid i}\sum_{y\mid j}[(x,y)=1]\\ | ||
+ | \sigma(i\times j)&=\sum_{x\mid i}\sum_{y\mid j}\frac {iy}{x}[(x,y)=1]\\ | ||
+ | \end{aligned} | ||
+ | $$ | ||
+ | |||
+ | 关于证明,[[..:nikkukun:mobius_inversion#求约数个数和|这里]]给出了一种对于第一个式子偏数学的证明,这里给出一个偏感性的证明(本质相同)。 | ||
+ | |||
+ | 我们需要考虑 $(x,y)$ 代表了 $ij$ 的哪个因数,并讨论这是不是一个一一映射。 | ||
+ | |||
+ | 因为 $(x,y)=1$ ,故任意质因子 $p$ ,不可能 $p\mid x,p\mid y$ 。设 $p^a\mid i,p^b\mid j$ 。 | ||
+ | |||
+ | 如果 $p\mid x$ , $p^{k_1}\mid x$ ,那么对应因数含有 $p^{a-k_1}$ 因子(只是为方便证明第二式起见,可以对应含有 $p^{k_1}$ 因子);否则设 $p^{k_2}\mid y$ ,那么对应因数含有 $p^{a+k_2}$ 因子。很明显,这样构造出来的映射是一一映射。 | ||
+ | |||
+ | $$ | ||
+ | \begin{aligned} | ||
+ | \sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}\sigma(ij)&=\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}\sum_{x\mid i}\sum_{y\mid j}\frac{iy}{x}[(x,y)=1]\\ | ||
+ | &=\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}\sum_{x\mid i}\sum_{y\mid j}\frac{iy}{x}\sum_{d|x,d|y}\mu(d)\\ | ||
+ | &=\sum_{d=1}^{n}\mu(d)\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}\sum_{x\mid i,d\mid x}\sum_{y\mid j,d\mid y}\frac{iy}{x}\\ | ||
+ | &=\sum_{d=1}^{n}\mu(d)\sum_{d\mid x}\sum_{d\mid y}\frac yx\sum_{x\mid i}\sum_{y\mid j}i\\ | ||
+ | &=\sum_{d=1}^{n}\mu(d)\sum_{x=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}\sum_{y=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}\frac{yd}{xd}\sum_{i=1}^{\lfloor\frac{n}{xd}\rfloor}ixd\sum_{j=1}^{\lfloor\frac{n}{yd}\rfloor}\\ | ||
+ | &=\sum_{d=1}^{n}d\mu(d)\sum_{x=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}\sum_{i=1}^{\lfloor\frac{n}{xd}\rfloor}i\sum_{y=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}\sum_{j=1}^{\lfloor\frac {n}{yd}\rfloor}y\\ | ||
+ | &=\sum_{d=1}^{n}d\mu(d)\sum_{x=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}\sum_{i=1}^{\lfloor\frac{n}{xd}\rfloor}i \sum_{j=1}^{\lfloor\frac {n}{d}\rfloor}\sum_{y=1}^{\lfloor\frac n{dj}\rfloor}y\\ | ||
+ | &=\sum_{d=1}^{n}d\mu(d)(\sum_{i=1}^{\lfloor\frac nd\rfloor}S_1(\lfloor\frac n{id}\rfloor))^2\\ | ||
+ | 其中S_1(n)&=\frac 12(1+n)n | ||
+ | \\ | ||
+ | \end{aligned} | ||
+ | $$ | ||
+ | |||
+ | 于是可以对 $d$ 数论分块, $\sum_{i=1}^{n}\frac 12\lfloor\frac ni\rfloor(\lfloor\frac ni\rfloor+1)$ 线筛预处理一部分,剩余 $O(\sqrt n)$ 直接算(或者不处理直接暴力, $O(n^{\frac 34})$ );另外需要快速计算出 $f=\mathrm{id}\cdot \mu$ 的前缀和,令 $g=\mathrm{id}$ ,显有 $f\ast g=\epsilon$。 | ||
+ | |||
+ | 从上述步骤的第六步到第七步的转换,验证了等式 $\sum_{i=1}^{n}\frac 12\lfloor\frac ni\rfloor(\lfloor\frac ni\rfloor+1)=\sum_{i=1}^{n}i\lfloor\frac ni\rfloor$ 。而后者可以视作在 $i$ 处统计了 $i$ 的所有因数之和(对于每一个因数 $i$ ,在他共 $\lfloor\frac ni\rfloor$ 个整数倍的位置都被统计一次),即为 $\sum_{i=1}^{n}\sigma(i)$ 。实现的时候存一个 $div_i$ 表示 $i$ 的最小质因数做贡献的一项 $(1+p_m+p_m^2+\cdots+p_m^{k_m})$ 的值即可。如果不转化为 $\sigma$ 的前缀和,也可以直接打表验证积性函数后记录 $p^k$ 下的取值进行线筛。 | ||
+ | |||
+ | <hidden 参考实现> | ||
+ | <code:cpp> | ||
+ | #include<cstdio> | ||
+ | #include<algorithm> | ||
+ | #include<queue> | ||
+ | #include<map> | ||
+ | #include<cstring> | ||
+ | #include<cmath> | ||
+ | #include<cstdlib> | ||
+ | #include<set> | ||
+ | #include<unordered_map> | ||
+ | #include<vector> | ||
+ | typedef long long ll; | ||
+ | using namespace std; | ||
+ | #define pii pair<int,int> | ||
+ | #define pb push_back | ||
+ | #define mp make_pair | ||
+ | #define fi first | ||
+ | #define se second | ||
+ | #define N 3000000 | ||
+ | #define mod 1000000007 | ||
+ | char isnp[N+10]; | ||
+ | int pri[N+10],cnt,mu[N+10],sm[N+10]; | ||
+ | ll sigma[N+10],dv[N+10],sr[N+10]; | ||
+ | void sieve(int n){ | ||
+ | int i,j; | ||
+ | isnp[0]=isnp[1]=1; | ||
+ | mu[1]=1;sigma[1]=1; | ||
+ | for(i=2;i<=n;i++){ | ||
+ | if(!isnp[i])pri[cnt++]=i,mu[i]=-1,sigma[i]=dv[i]=1+i; | ||
+ | for(j=0;j<cnt;j++){ | ||
+ | if(pri[j]*i>n)break; | ||
+ | isnp[i*pri[j]]=1; | ||
+ | if(i%pri[j]==0){ | ||
+ | mu[i*pri[j]]=0; | ||
+ | dv[i*pri[j]]=dv[i]*pri[j]+1; | ||
+ | sigma[i*pri[j]]=sigma[i]/dv[i]*dv[i*pri[j]]; | ||
+ | break; | ||
+ | }else{ | ||
+ | mu[i*pri[j]]=-mu[i]; | ||
+ | sigma[i*pri[j]]=sigma[i]*sigma[pri[j]]; | ||
+ | dv[i*pri[j]]=pri[j]+1; | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | for(i=1;i<=n;i++){ | ||
+ | sm[i]=(sm[i-1]+i*mu[i])%mod; | ||
+ | sr[i]=(sr[i-1]+sigma[i])%mod; | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | ll inv2; | ||
+ | ll qp(ll a,ll p){ | ||
+ | ll ans=1; | ||
+ | for(;p;p>>=1,a=a*a%mod)if(p&1)ans=ans*a%mod; | ||
+ | return ans; | ||
+ | } | ||
+ | ll s1(int l,int r){ | ||
+ | return (l+r)*(r-l+1LL)%mod*inv2%mod; | ||
+ | } | ||
+ | map<int,ll>m; | ||
+ | ll getRight(int n){ | ||
+ | if(n<=N)return sr[n]; | ||
+ | int i,r; | ||
+ | ll res=0; | ||
+ | for(i=1;i<=n;i=r+1){ | ||
+ | r=n/(n/i); | ||
+ | res+=n/i*(n/i+1LL)%mod*(r-i+1)%mod*inv2%mod; | ||
+ | } | ||
+ | return res%mod; | ||
+ | } | ||
+ | ll getS(int n){ | ||
+ | if(n<=N)return sm[n]; | ||
+ | if(m.count(n))return m[n]; | ||
+ | int i,r; | ||
+ | ll res=1; | ||
+ | for(i=2;i<=n;i=r+1){ | ||
+ | r=n/(n/i); | ||
+ | (res-=getS(n/i)*s1(i,r)%mod)%=mod; | ||
+ | } | ||
+ | return m[n]=res; | ||
+ | } | ||
+ | ll get(int n){ | ||
+ | ll tmp,res=0; | ||
+ | int i,r; | ||
+ | for(i=1;i<=n;i=r+1){ | ||
+ | r=n/(n/i); | ||
+ | tmp=getRight(n/i); | ||
+ | (res+=tmp*tmp%mod*(getS(r)-getS(i-1))%mod)%=mod; | ||
+ | } | ||
+ | return (res+mod)%mod; | ||
+ | } | ||
+ | int main(){ | ||
+ | int n; | ||
+ | inv2=qp(2,mod-2); | ||
+ | sieve(N); | ||
+ | scanf("%d",&n); | ||
+ | printf("%lld",get(n)); | ||
+ | return 0; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | </code> | ||
+ | </hidden> | ||
\\ | \\ | ||
行 315: | 行 582: | ||
$$ | $$ | ||
- | 其中 $a, b$ 是给定的数,互质。 | + | 其中 $a, b$ 是给定的数,且 $a, b$ 互质。 |
**题解**: | **题解**: | ||
行 345: | 行 612: | ||
其中 $S$ 为 $(\mu \cdot \mathrm{id})$ 的前缀和。 | 其中 $S$ 为 $(\mu \cdot \mathrm{id})$ 的前缀和。 | ||
- | |||
行 353: | 行 619: | ||
===== min_25 筛 ===== | ===== min_25 筛 ===== | ||
+ | |||
+ | |||
+ | min_25 筛可以用来解决具有下列性质的积性函数 $f$ 在单点处的前缀和: | ||
+ | |||
+ | - 存在完全积性函数 $f'$,使得质数 $p$ 处有 $f'(p) = f(p)$; | ||
+ | - $f'(p)$ 的前缀和很好计算; | ||
+ | - $f'(p^k)$ 的值很好算(是多项式或可以很快求出)。 | ||
+ | |||
+ | 为了方便,我们约定: | ||
+ | |||
+ | * 若没有特别说明,下文中的所有 $p$ 都取质数; | ||
+ | * $\mathrm{pri}_j$ 表示第 $j$ 小的质数; | ||
+ | * $\mathrm{minp}(n)$ 表示 $n$ 的最小质因子。 | ||
+ | |||
+ | ==== 计算质数贡献 ==== | ||
+ | |||
+ | 我们先考虑解决求所有分块点处质数的贡献,即 $G(m) = \sum _{i=1}^m [i \text{ is prime}] f'(i)$,其中 $m$ 是 $n$ 的数论分块点。 | ||
+ | |||
+ | 设状态 $g(j, m)$ 表示 $\sum _{i=1}^m [i \text{ is prime or } \mathrm{minp}(i) > \mathrm{pri}_j] f'(i)$,则我们要求的就是 $G(m) = g(\sum _{j \land \mathrm{pri}_j \leq m} 1, m)$ 了。这个状态可以理解为,Eratosthenes 筛法中用 $\mathrm{pri}_j$ 筛掉它的倍数后,剩余没被筛掉部分的和。 | ||
+ | |||
+ | 显然,边界条件是 $g(0, m) = \sum _{i=2}^m f'(i)$。请注意一定要去掉 $f'(1)$,因为它不会被筛掉,我们只要最后加上即可。 | ||
+ | |||
+ | 考虑转移。若 $\mathrm{pri}_j > \sqrt m$,此时筛不掉任何数,故 $g(j, m) = g(j-1, m)$,故考虑 $\mathrm{pri}_j \leq \sqrt m$ 的情况。此时 $\mathrm{pri}_j$ 能筛掉的**合数**都能表示为 $\mathrm{pri}_j$ 乘一个不超过 $\left\lfloor \dfrac m{\mathrm{pri}_j} \right\rfloor$ 的、最小质因子**大于等于** $\mathrm{pri}_j$ 的数,即 | ||
+ | |||
+ | $$ | ||
+ | g(j, m) = g(j - 1, m) - f'(\mathrm{pri}_j) \times [g(j - 1, \left\lfloor \dfrac m{\mathrm{pri}_j} \right\rfloor) - \sum _{i=1}^{j-1} f'(\mathrm{pri}_i)] | ||
+ | $$ | ||
+ | |||
+ | 因为 $f'$ 是完全积性函数,所以即使分解的东西不互质也可以直接乘在一起。另外,式子最后的部分用于减去质数的贡献(参考 $g$ 的定义)。 | ||
+ | |||
+ | 具体实现时,可以用滚动数组存放 $g$,滚掉它的第一维 $j$。可以证明这一部分的时间复杂度是 $O\left(\dfrac {n^{3/4}}{\log n} \right)$ 的。 | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ==== 计算合数贡献 ==== | ||
+ | |||
+ | 设 $S(n, j) = \sum _{i=1}^m [\mathrm{minp}(i) \geq \mathrm{pri}_j] f(i)$,注意中间对 $\mathrm{minp}(i)$ 的要求和 $G$ 有所不同。根据定义,我们最后要求的就是 $S(n, 1) + f(1)$。 | ||
+ | |||
+ | 对于 $S(n, j)$,质数的贡献为 $G(n) - \sum _{i=1}^{j-1} f'(\mathrm{pri}_i)$,而合数的贡献需要枚举其最小质因子及其次数,分为两个互质的部分。转移如下: | ||
+ | |||
+ | $$ | ||
+ | S(n, j) = G(n) - \sum _{i=1}^{j-1} f'(\mathrm{pri}_i) + \sum _{i = j}^{\mathrm{pri}_i \leq n} \sum _{e=1} ^{\mathrm{pri}_i ^{e+1} \leq n} [f(\mathrm{pri}_i ^e) S(\left\lfloor \dfrac n{\mathrm{pri}_i^e} \right\rfloor, i + 1) + f(\mathrm{pri}_i^{e+1})] | ||
+ | $$ | ||
+ | |||
+ | 这部分不需要记忆化,直接递归的时间复杂度是 $O(n^{1 - \varepsilon})$ 的,而且跑 $n = 10^{10}$ 的数据也很飞快。 | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | ==== 实例 ==== | ||
+ | |||
+ | |||
+ | === Luogu 5325 === | ||
+ | |||
+ | **题意**:积性函数 $f(n)$ 的质数幂次取值 $f(p^k) = p^k(p^k - 1)$,求前缀和。 | ||
+ | |||
+ | **题解**:$f(p^k) = (p^2)^k - p^k$,拆成两部分计算质数处贡献,最后合并即可。 | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | <hidden 参考实现> | ||
+ | <code:cpp> | ||
+ | #include <bits/stdc++.h> | ||
+ | using namespace std; | ||
+ | |||
+ | #define fi first | ||
+ | #define se second | ||
+ | #define lch (o << 1) | ||
+ | #define rch (o << 1 | 1) | ||
+ | |||
+ | typedef double db; | ||
+ | typedef long long ll; | ||
+ | typedef unsigned int ui; | ||
+ | typedef pair<int, int> pint; | ||
+ | |||
+ | const int N = 2e5 + 5; | ||
+ | const int MOD = 1e9 + 7; | ||
+ | const int INV2 = 500000004; | ||
+ | const int INV6 = 166666668; | ||
+ | const int INF = 0x3f3f3f3f; | ||
+ | const ll INF_LL = 0x3f3f3f3f3f3f3f3f; | ||
+ | |||
+ | // 注意两倍空间 | ||
+ | int idx[N]; | ||
+ | ll val[N]; | ||
+ | ll _n, sqrtN; | ||
+ | int nIdx; | ||
+ | |||
+ | int GetId(ll x) { | ||
+ | if (x <= sqrtN) | ||
+ | return idx[x]; | ||
+ | else | ||
+ | return idx[sqrtN + _n / x]; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | void InitId(ll n) { | ||
+ | // x = n / i 是该分块点中能取到最大 / 最右侧的值 | ||
+ | for (ll i = 1; i <= n; i++) { | ||
+ | ll x = n / i; | ||
+ | val[++nIdx] = x; | ||
+ | if (x <= sqrtN) | ||
+ | idx[x] = nIdx; | ||
+ | else | ||
+ | idx[sqrtN + n / x] = nIdx; | ||
+ | i = n / (n / i); | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | int pri[N]; | ||
+ | ll s1[N], s2[N]; | ||
+ | bool notPri[N]; | ||
+ | |||
+ | void InitPri() { | ||
+ | for (int i = 2; i < N; i++) { | ||
+ | if (!notPri[i]) | ||
+ | pri[++pri[0]] = i; | ||
+ | for (int j = 1; j <= pri[0]; j++) { | ||
+ | int p = pri[j]; | ||
+ | if (i * p >= N) break; | ||
+ | notPri[i * p] = 1; | ||
+ | if (i % p == 0) break; | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | for (int i = 1; i <= pri[0]; i++) { | ||
+ | s1[i] = (s1[i - 1] + 1LL * pri[i] * pri[i]) % MOD; | ||
+ | s2[i] = (s2[i - 1] + pri[i]) % MOD; | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | ll f1[N], f2[N]; | ||
+ | |||
+ | // Sieve1(n) = sum [i = 1 -> n] [i is isprime] * f(i) | ||
+ | // 传入的 n 是原始值 | ||
+ | void Sieve1(ll n) { | ||
+ | // 预处理初值 | ||
+ | // 需要注意这里一般不计算 f(1) | ||
+ | for (int i = 1; i <= nIdx; i++) { | ||
+ | ll x = val[i] % MOD; | ||
+ | f1[i] = x * (x + 1) % MOD * (2 * x + 1) % MOD * INV6 % MOD - 1; | ||
+ | f2[i] = (1 + x) * x % MOD * INV2 % MOD - 1; | ||
+ | } | ||
+ | for (int j = 1; j <= pri[0]; j++) { | ||
+ | ll p = pri[j]; | ||
+ | if (p * p > n) break; | ||
+ | for (int i = 1; i <= nIdx; i++) { | ||
+ | ll x = val[i]; | ||
+ | if (p * p > x) break; | ||
+ | // f(m) = f(idx[m / pri[j]]) - sum[j - 1]; | ||
+ | f1[i] -= (p * p) % MOD * (f1[GetId(x / p)] - s1[j - 1]); | ||
+ | f2[i] -= p * (f2[GetId(x / p)] - s2[j - 1]); | ||
+ | f1[i] %= MOD; | ||
+ | f2[i] %= MOD; | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | // f(p ^ e) | ||
+ | ll F(ll p, int e) { | ||
+ | ll t = 1; | ||
+ | while (e--) t *= p; | ||
+ | t %= MOD; | ||
+ | return t * (t - 1) % MOD; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | // Sieve2(n, j) = sum [i = 1 -> n] [minp(i) >= pri[j]] * f(i) | ||
+ | // 传入的 n 是原始值 | ||
+ | ll Sieve2(ll n, int j) { | ||
+ | if (n <= 1 || pri[j] > n) return 0; | ||
+ | int id = GetId(n); | ||
+ | // ret = Sieve1(n) - sum [i = 1 -> j - 1] f(i) + ... | ||
+ | ll ret = (f1[id] - s1[j - 1]) - (f2[id] - s2[j - 1]); | ||
+ | |||
+ | // ret = ... + 合数部分 | ||
+ | for (int i = j; i <= pri[0]; i++) { | ||
+ | ll p = pri[i], t = p; // t = p ^ e | ||
+ | if (p * p > n) break; | ||
+ | for (int e = 1; p * t <= n; t *= p, e++) { | ||
+ | ll tmp = F(p, e) * Sieve2(n / t, i + 1) + F(p, e + 1); | ||
+ | ret = (ret + tmp) % MOD; | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | return ret; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | int main() { | ||
+ | ios::sync_with_stdio(0); | ||
+ | |||
+ | ll n; | ||
+ | cin >> n; | ||
+ | sqrtN = floor(sqrt(n)); | ||
+ | _n = n; | ||
+ | |||
+ | InitId(n); | ||
+ | InitPri(); | ||
+ | Sieve1(n); | ||
+ | ll ans = (Sieve2(n, 1) + 1) % MOD; | ||
+ | cout << (ans + MOD) % MOD; | ||
+ | |||
+ | return 0; | ||
+ | } | ||
+ | </code> | ||
+ | </hidden> | ||
+ | \\ | ||
+ | |||
+ | |||
+ | === 2019 ICPC 徐州网络赛 H - function === | ||
+ | |||
+ | **题意**:令 $n$ 的唯一分解为 $n = p_1^{k_1} p_2^{k_2} \cdots p_m^{k_m}$,定义 $f(n) = k_1 + k_2 + \cdots + k_m$,求 | ||
+ | |||
+ | $$ | ||
+ | \sum _{i=1}^n f(i!) | ||
+ | $$ | ||
+ | |||
+ | **题解**:注意到 $f(n!) = \sum _{i=1}^n f(i)$,故 | ||
+ | |||
+ | $$ | ||
+ | \begin{aligned} | ||
+ | & \sum _{i=1}^n f(i!) \\ | ||
+ | |||
+ | = & \sum _{i=1}^n \sum _{j=1}^i f(j) \\ | ||
+ | |||
+ | = & \sum _{i=1}^n (n-i+1) f(i) \\ | ||
+ | |||
+ | = & (n + 1) \sum _{i=1}^n f(i) - \sum _{i=1}^n i \cdot f(i) \\ | ||
+ | \end{aligned} | ||
+ | $$ | ||
+ | |||
+ | 因此实际要求 $\sum _{i=1}^n f(i)$ 和 $\sum _{i=1}^n i \cdot f(i)$。 | ||
+ | |||
+ | 考虑枚举每个质数 $p_i$ 的贡献。若 $p_i^2 \leq n$,则第一个式子相当于统计 $p_i$ 在 $[1, n]$ 作为约数的出现次数,这个经典问题可以用递归在 $O(\log n)$ 内解决(第二个式子类似)。 | ||
+ | |||
+ | 现在考虑 $p_i^2 > n$ 的部分,此时 $k_i$ 最多取到 $1$。于是我们考虑我们要求的两个式子中,这些部分做出的贡献。 | ||
+ | |||
+ | 第一个式子的贡献等价于统计 $[1, n]$ 中 $p_i$ 的倍数个数: | ||
+ | |||
+ | $$ | ||
+ | \sum _{i^2 > n}^n \left\lfloor \frac ni \right\rfloor [i \text{ is prime}] | ||
+ | $$ | ||
+ | |||
+ | 第二个式子的贡献等价于统计 $[1, n]$ 中 $p_i$ 的倍数之和: | ||
+ | |||
+ | $$ | ||
+ | \sum _{i^2 > n}^n \frac {(1 + \lfloor n/i \rfloor)\lfloor n/i \rfloor}{2} \cdot i \cdot [i \text{ is prime}] | ||
+ | $$ | ||
+ | |||
+ | 相当于我们要求分块点处,质数个数的前缀和与质数的前缀和。这两个的求解是 min_25 的经典应用,故套用 min_25 筛得到分块点处的值即可求解。 | ||