「NOI2016」循环之美 解题报告

「NOI2016」循环之美

对于小数\(\frac{a}{b}\)，如果它在\(k\)进制下被统计，需要满足要求并且不重复。

不重复我们确保这个分数是最简分数即\((a,b)=1\)

满足要求需要满足第一位的余数在后面仍然出现，第一位余数是\(a\bmod b\)，后面第\(x\)位的余数实际上是\(a\times k^x\bmod b\)

所以我们需要满足

\[a\equiv a \times k^x\pmod b
\]

有解

因为\((a,b)=1\)，所以

\[k^x\equiv 1\pmod b
\]

若\((k,b)=1\)，那么由欧拉定理，有解\(x=\varphi(x)\)

否则由于\(k\times k^{x-1}-yb=1\)无整数解解，所以原式无解

于是我们需要统计的即为

\[\sum_{i=1}^m\sum_{j=1}^n[(i,k)=1][(i,j)=1]
\]

推式子

\[\begin{aligned}
&\sum_{i=1}^m\sum_{j=1}^n[(i,k)=1][(i,j)=1]\\
=&\sum_{i=1}^m[(i,k)=1]\sum_{j=1}^n\sum_{d=1}^{\min(i,j)}\mu(d)[d|i\land d|j]\\
=&\sum_{d=1}^{\min(n,m)}\mu(d)\lfloor\frac{n}{d}\rfloor\sum_{i=1}^m[(i,k)=1\land d|i]\\
=&\sum_{d=1}^{\min(n,m)}\mu(d)\lfloor\frac{n}{d}\rfloor\sum_{i=1}^{\lfloor\frac{m}{d}\rfloor}[(di,k)=1]\\
=&\sum_{d=1}^{\min(n,m)}\mu(d)[(d,k)=1]\lfloor\frac{n}{d}\rfloor\sum_{i=1}^{\lfloor\frac{m}{d}\rfloor}[(i,k)=1]\\
\end{aligned}
\]

我们知道\((a,b)=(a\bmod b,b)\)

然后本题的\(k\)很小，于是我们可以预处理出

\[is(i)=[(i,k)=1]\\
f(i)=\sum_{j=1}^iis(j)
\]

然后上面的式子为

\[\sum_{d=1}^{\min(n,m)}\mu(d)is(d\bmod k)\lfloor\frac{n}{d}\rfloor(\lfloor\frac{m}{dk}\rfloor f(k)+f(\lfloor\frac{m}{d}\rfloor \bmod k))
\]

于是我们可以在\(O(k\log k+n)\)的时间内解决问题，可以得到\(84\)分的好成绩

注意我们设

\[F(n)=\lfloor\frac{n}{k}\rfloor f(k)+f(n\bmod k)
\]

那么原式为

\[\sum_{d=1}^{\min(n,m)}\mu(d)[(d,k)=1]\lfloor\frac{n}{d}\rfloor F(\lfloor\frac{m}{d}\rfloor)
\]

后面两项显然可以整除分块，考虑求出前面两项的前缀和

设

\[g(n,k)=\sum_{d=1}^n\mu(d)[(d,k)=1]
\]

考虑推一下这个式子

\[\begin{aligned}
g(n,k)=&\sum_{d=1}^n\mu(d)[(d,k)=1]\\
=&\sum_{d=1}^n\mu(d)\sum_{p=1}^{\min(d,k)}\mu(p)[p|d\land p|k]\\
=&\sum_{p|k}\mu(p)\sum_{p|d}^n\mu(d)\\
=&\sum_{p|k}\mu(p)\sum_{d=1}^{\lfloor\frac{n}{p}\rfloor}\mu(dp)\\
\mathbb{because \ of}& \ [\mu(dp)\not=0]=[(d,p)=1],\mathbb{so}\\
g(n,k)=&\sum_{p|k}\mu(p)\sum_{d=1}^{\lfloor\frac{n}{p}\rfloor}\mu(dp)[(d,p)=1]\\
=&\sum_{p|k}\mu^2(p)\sum_{d=1}^{\lfloor\frac{n}{p}\rfloor}\mu(d)[(d,p)=1]\\
=&\sum_{p|k}\mu^2(p)g(\lfloor\frac{n}{p}\rfloor,p)
\end{aligned}
\]

边界

\[g(n,1)=\sum_{d=1}^n\mu(d),g(0,k)=0
\]

前面的一个杜教筛一下即可

复杂度真不会算了...

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Code:

#include <cstdio>
#include <cctype>
#include <map>
#include <algorithm>
#define ll long long
using std::min;
const int SIZE=1<<21;
char ibuf[SIZE],*iS,*iT;
//#define gc() (iS==iT?(iT=(iS=ibuf)+fread(ibuf,1,SIZE,stdin),iS==iT?EOF:*iS++):*iS++)
#define gc() getchar()
template <class T>
void read(T &x)
{
	x=0;char c=gc();
	while(!isdigit(c)) c=gc();
	while(isdigit(c)) x=x*10+c-'0',c=gc();
}
const int N=5e6+1;
int mu[N],pri[N],ispri[N],fmu[N],cnt,toki[2020],aya[2020];
void init()
{
	fmu[1]=mu[1]=1;
	for(int i=2;i<N;i++)
	{
		if(!ispri[i])
		{
			pri[++cnt]=i;
			mu[i]=-1;
		}
		for(int j=1;j<=cnt&&i*pri[j]<N;j++)
		{
			ispri[i*pri[j]]=1;
			if(i%pri[j]) mu[i*pri[j]]=-mu[i];
			else break;
		}
		fmu[i]=fmu[i-1]+mu[i];
	}
}
int gcd(int a,int b){return b?gcd(b,a%b):a;}
std::map <std::pair<int,int>,int> saki;
int g(int x,int k)
{
	//if(x<=1) return n;
	if((k==1&&x<N)||(!x)) return fmu[x];
	std::pair<int,int> now=std::make_pair(x,k);
	if(saki[now]) return saki[now];
	int ret=0;
	if(k==1)
	{
		ret=1;
		for(int l=2,r;l<=x;l=r+1)
		{
			r=x/(x/l);
			ret-=g(x/l,k)*(r+1-l);
		}
	}
	else
	{
		for(int i=1;i*i<=k;i++)
        {
            if(k%i) continue;
            if(mu[i]) ret+=g(x/i,i);
            if(i*i!=k&&mu[k/i]) ret+=g(x/(k/i),k/i);
        }
	}
	return saki[now]=ret;
}
int n,m,k;
int F(int x){return (x/k)*toki[k]+toki[x%k];}
int main()
{
	init();
	read(n),read(m),read(k);
	for(int i=1;i<=k;i++)
		toki[i]=toki[i-1]+(gcd(k,i)==1);
	ll las=0,now,ans=0;
	for(int l=1,r;l<=min(n,m);l=r+1)
	{
		r=min(n/(n/l),m/(m/l));
		ans+=1ll*((now=g(r,k))-las)*(n/l)*F(m/l);
		las=now;
	}
	printf("%lld\n",ans);
	return 0;
}

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2019.5.30