[SPOJ] DIVCNT2 - Counting Divisors (square) (平方的约数个数前缀和 容斥 卡常)
题目
vjudge URL:Counting Divisors (square)
Let σ0(n)\sigma_0(n)σ0(n) be the number of positive divisors of nnn.
For example, σ0(1)=1\sigma_0(1) = 1σ0(1)=1, σ0(2)=2\sigma_0(2) = 2σ0(2)=2 and σ0(6)=4\sigma_0(6) = 4σ0(6)=4.
Let S2(n)=∑i=1nσ0(i2).S_2(n) = \sum _{i=1}^n \sigma_0(i^2).S2(n)=i=1∑nσ0(i2).
Given NNN, find S2(N)S_2(N)S2(N).
Input
First line contains TTT (1≤T≤100001 \le T \le 100001≤T≤10000), the number of test cases.
Each of the next TTT lines contains a single integer NNN. (1≤N≤10121 \le N \le 10^{12}1≤N≤1012)
Output
For each number NNN, output a single line containing S2(N)S_2(N)S2(N).
Example
- Input
5
1
2
3
10
100
- Output
1
4
7
48
1194
- Explanation for Input
S2(3)=σ0(12)+σ0(22)+σ0(32)=1+3+3=7~~~~S_2(3) = \sigma_0(1^2) + \sigma_0(2^2) + \sigma_0(3^2) = 1 + 3 + 3 = 7 S2(3)=σ0(12)+σ0(22)+σ0(32)=1+3+3=7
Information
There are 6 Input files.
- Input #1: 1≤N≤100001 \le N \le 100001≤N≤10000, TL = 1s.
- Input #2: 1≤T≤800, 1≤N≤1081 \le T \le 800,\ 1 \le N \le 10^{8}1≤T≤800, 1≤N≤108, TL = 20s.
- Input #3: 1≤T≤200, 1≤N≤1091 \le T \le 200,\ 1 \le N \le 10^{9}1≤T≤200, 1≤N≤109, TL = 20s.
- Input #4: 1≤T≤40, 1≤N≤10101 \le T \le 40,\ 1 \le N \le 10^{10}1≤T≤40, 1≤N≤1010, TL = 20s.
- Input #5: 1≤T≤10, 1≤N≤10111 \le T \le 10,\ 1 \le N \le 10^{11}1≤T≤10, 1≤N≤1011, TL = 20s.
- Input #6: T=1, 1≤N≤1012T = 1,\ 1 \le N \le 10^{12}T=1, 1≤N≤1012, TL = 20s.
My C++ solution runs in 5.3 sec. (total time) //呵呵
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题目分析
σ0(n)\sigma_0(n)σ0(n)表示nnn的约数个数,即求
∑i=1nσ0(i2)\large \sum_{i=1}^n
\sigma_0(i^2)i=1∑nσ0(i2)
1<=n<=10121<=n<=10^{12}1<=n<=1012
前言
- mdzz,写了1h的Latex公式没保存。。因为机房电脑的烂CPU,本地测这道题的极限数据时崩溃了c
- 这道题是真的卡常,最后点线性筛必须筛到很大,5e7能过,1e7、2e7都不行(可能因为我是大常数选手吧,悄悄打上卡常的FLAG)
- 本地评测炸电脑,真的无语。。
- 刚开始模了1e9+7 WA了好久。。。
- 由于是求函数前缀和,又和杜教筛的题一起做的,就放在杜教筛/莫比乌斯反演里吧
正文
设n=∏i=1kpiai\large n=\prod_{i=1}^kp_i^{a_i}n=∏i=1kpiai
则σ0(n2)=∏i=1k(2ai+1)=∑S∈{1,2,...,k}2∣S∣⋅∏i∈Sai\large \sigma_0(n^2)=\prod_{i=1}^k(2a_i+1)\\=\sum_{S\in\{1,2,...,k\}}2^{|S|}\cdot\prod_{i\in S}a_iσ0(n2)=i=1∏k(2ai+1)=S∈{1,2,...,k}∑2∣S∣⋅i∈S∏ai
将∏i∈Sai\prod_{i\in S}a_i∏i∈Sai看作是 只由S内的下标所对应的素数\color{blue}S内的下标所对应的素数S内的下标所对应的素数(乘起来)构成的nnn的约数的个数,因为每一个约数都对答案造成了对应的2∣S∣2^{|S|}2∣S∣的贡献,那么
σ0(n2)=∑d∣n2ω(d)\large \sigma_0(n^2)=\sum_{d|n}2^{\omega(d)}σ0(n2)=d∣n∑2ω(d)其中ω(d)\omega(d)ω(d)表示d的质因子的个数(想想)
与此同时,我们又发现2ω(d)2^{\omega(d)}2ω(d)实质上是ddd的质因子选或不选的方案数,也就是nnn的无平方因子的约数的个数,则
σ0(n2)=∑d∣n∑k∣d∣μ(k)∣\large \sigma_0(n^2)=\sum_{d|n}\sum_{k|d}|\mu(k)|σ0(n2)=d∣n∑k∣d∑∣μ(k)∣因为根据μ\muμ函数的定义,只有无平方因子数的函数值才为111或−1-1−1,加上绝对值就相当于统计了个数(有的题解也写的是μ(k)2\mu(k)^2μ(k)2,个人认为第一眼看到这个平方会懵一会)
∑i=1nσ0(i2)=∑i=1n∑d∣i∑k∣d∣μ(k)∣=∑k=1n∣μ(k)∣∑k∣d∑d∣i1=∑k=1n∣μ(k)∣∑k∣d⌊nd⌋=∑k=1n∣μ(k)∣∑d=1⌊nk⌋⌊ndk⌋=∑k=1n∣μ(k)∣∑d=1⌊nk⌋⌊⌊nk⌋d⌋=∑k=1n∣μ(k)∣∑d=1⌊nk⌋⌊⌊nk⌋d⌋\large \sum_{i=1}^n\sigma_0(i^2)=\sum_{i=1}^n\sum_{d|i}\sum_{k|d}|\mu(k)|\\=\sum_{k=1}^n|\mu(k)|\sum_{k|d}\sum_{d|i}1\\=\sum_{k=1}^n|\mu(k)|\sum_{k|d}\lfloor\frac nd\rfloor\\=\sum_{k=1}^n|\mu(k)|\sum_{d=1}^{\lfloor\frac nk\rfloor}\lfloor\frac n{dk}\rfloor\\=\sum_{k=1}^n|\mu(k)|\sum_{d=1}^{\lfloor\frac nk\rfloor}\lfloor\frac {\lfloor\frac nk\rfloor}d\rfloor\\=\sum_{k=1}^n|\mu(k)|\sum_{d=1}^{\lfloor\frac nk\rfloor}\lfloor\frac {\lfloor\frac nk\rfloor}d\rfloori=1∑nσ0(i2)=i=1∑nd∣i∑k∣d∑∣μ(k)∣=k=1∑n∣μ(k)∣k∣d∑d∣i∑1=k=1∑n∣μ(k)∣k∣d∑⌊dn⌋=k=1∑n∣μ(k)∣d=1∑⌊kn⌋⌊dkn⌋=k=1∑n∣μ(k)∣d=1∑⌊kn⌋⌊d⌊kn⌋⌋=k=1∑n∣μ(k)∣d=1∑⌊kn⌋⌊d⌊kn⌋⌋
- 先看第二个∑\large\sum∑,对于某一个⌊nk⌋\large{\lfloor\frac nk\rfloor}⌊kn⌋的取值,把它记作NNN,就以NNN的范围做整除分块优化,Θ(N)\large\Theta(\sqrt N)Θ(N)的时间复杂度,那么外层还有一个求和,于是在外面也套一层整除分块优化,预处理出前n23\large n^{\frac 23}n32后时间复杂度为Θ(n23)\large\Theta(n^{\frac23})Θ(n32)
- 此处预处理为线性筛,考虑变换,∑i=1n⌊ni⌋\large\sum_{i=1}^n\large{\lfloor\frac ni\rfloor}∑i=1n⌊in⌋实际可看作枚举iii后看nnn以内有多少个数能被iii整除,这不就是∑i=1nσ0(i)\large\sum_{i=1}^n\sigma_0(i)∑i=1nσ0(i)吗?
于是我们只需要筛出约数个数在累加就行了,线性筛时存一下当前数的最小质因子的次数就可以愉快的线性筛了
- 此处预处理为线性筛,考虑变换,∑i=1n⌊ni⌋\large\sum_{i=1}^n\large{\lfloor\frac ni\rfloor}∑i=1n⌊in⌋实际可看作枚举iii后看nnn以内有多少个数能被iii整除,这不就是∑i=1nσ0(i)\large\sum_{i=1}^n\sigma_0(i)∑i=1nσ0(i)吗?
- 由于在外面一层套上了整除分块优化,则需要求出∣μ(k)∣\large |\mu(k)|∣μ(k)∣的前缀和,也就是nnn以内的无平方因子数
- 这里处理无平方因子数时用容斥原理,有
∑i=1n∣μ(i)∣=∑i=1nμ(i)⋅⌊ni2⌋\large\sum_{i=1}^n|\mu(i)|=\sum_{i=1}^{\sqrt n}\mu(i)\cdot\lfloor\frac n{i^2}\rfloori=1∑n∣μ(i)∣=i=1∑nμ(i)⋅⌊i2n⌋想想μ\muμ函数的定义,这个容斥还是比较好理解的
Θ(n)\large \Theta(\sqrt n)Θ(n)可处理出来
- 这里处理无平方因子数时用容斥原理,有
综上,各种操作之后把时间复杂度降到了Θ(n23)\large\Theta(n^{\frac 23})Θ(n32)
等等,真的降到了吗??!看看降到Θ(n23)\large\Theta(n^{\frac 23})Θ(n32)的条件?
- 预处理出前n23\large n^{\frac 23}n32
然而1<=n<=10121<=n<=10^{12}1<=n<=1012(掀桌)
所以只能尽可能的接近,实测5e75e75e7能过,2e72e72e7都会TLE
CAUTION
首先做这道题,如果电脑是机房的老电脑/旧电脑/烂电脑,不要像作死去测什么101210^{12}1012的极限数据,反正我是卡爆了(逃)
也不要像我一样边写代码边写博客,更不要卡住之后作死的乱点一气把浏览器搞炸了,我写了1h1h1h的LatexLatexLatex啊!!!(这里的公式已经是精简版了)
最后一句忠告,写博客多按保存(富文本编辑器似乎会过一会就自动保存一下,不过不能写数学公式),写代码也是…
AC code
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <cmath>
#include <algorithm>
using namespace std;
typedef long long LL;
const int MAXN = 5e7 + 1;//!!!
int Prime[MAXN], mu[MAXN], d[MAXN], Min_a[MAXN], Cnt;
bool IsnotPrime[MAXN];
LL sum_d[MAXN], sum_mu[MAXN];
void init(int n)//线性筛,Min_a[i]存的是i最小质因子的次数
{
d[1] = mu[1] = 1;
for(int i = 2; i <= n; ++i)
{
if(!IsnotPrime[i])
Prime[++Cnt] = i, mu[i] = -1, d[i] = 2, Min_a[i] = 1;
for(int j = 1, v; j <= Cnt && i * Prime[j] <= n; ++j)
{
v = i * Prime[j];
IsnotPrime[v] = 1; Min_a[v] = 1;
if(i % Prime[j] == 0)
{
Min_a[v] += Min_a[i];
mu[v] = 0;
d[v] = d[i] / Min_a[v] * (Min_a[v] + 1);
break;
}
mu[v] = -mu[i];
d[v] = d[i]<<1;
}
}
for(int i = 1; i <= n; ++i)
sum_d[i] = sum_d[i-1] + d[i],
sum_mu[i] = sum_mu[i-1] + mu[i]*mu[i];
}
inline LL Sum_mu(LL n)//莫比乌斯函数的绝对值的前缀和/[1,n]无平方因子数个数
{
if(n < MAXN) return sum_mu[n];
LL ret = 0;
for(LL i = 1; i*i <= n; ++i)
ret += mu[i] * (n/(i*i));
return ret;
}
inline LL Sum_d(LL n) //约数个数前缀和
{
if(n < MAXN) return sum_d[n];
LL ret = 0;
for(LL i = 1, j; i <= n; i=j+1)
{
j = n/(n/i);
ret += (n/i) * (j-i+1);
}
return ret;
}
inline LL solve(LL n)
{
LL ret = 0;
for(LL i = 1, j; i <= n; i=j+1)
{
j = n/(n/i);
ret += (Sum_mu(j)-Sum_mu(i-1)) * Sum_d(n/i);
}
return ret;
}
int main ()
{
LL T, n;
scanf("%lld", &T);
init(T > 800 ? 10000 : MAXN-1); //优化
while(T--)
{
scanf("%lld", &n);
printf("%lld\n", solve(n));
}
}
参见 传送门:大佬博客
…
…
…
…
…
再次吐槽数学公式的难打
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