牛客练习赛72 D-brz的函数 莫比乌斯反演 + 差分

牛客练习赛72 D-brz的函数 莫比乌斯反演 + 差分

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题意

求 解 ∑ i = 1 n ∑ j = 1 n μ ( i j ) 求解\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^n\mu(ij) i=1nj=1nμ(ij)

思路

由 积 性 函 数 的 性 质 , 当 m 和 n 互 质 的 时 候 , μ ( m n ) = μ ( m ) μ ( n ) 。 即 由积性函数的性质,当m和n互质的时候,\mu(mn)=\mu(m)\mu(n)。即 mnμ(mn)=μ(m)μ(n)

∑ i = 1 n ∑ j = 1 n μ ( i j ) = ∑ i = 1 n ∑ j = 1 n μ ( i ) μ ( j ) [ g c d ( i , j ) = 1 ] \sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^n\mu(ij)=\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^n\mu(i)\mu(j)[gcd(i,j)=1] i=1nj=1nμ(ij)=i=1nj=1nμ(i)μ(j)[gcd(i,j)=1]

= ∑ i = 1 n ∑ j = 1 n μ ( i ) μ ( j ) ∑ d ∣ i      d ∣ j μ ( d ) =\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^n\mu(i)\mu(j)\sum_{d|i\;\;d|j}\mu(d) =i=1nj=1nμ(i)μ(j)didjμ(d)

枚 举 d : 枚举d: d

= ∑ d = 1 n μ ( d ) ∑ d ∣ i μ ( i ) ∑ d ∣ j μ ( j ) =\sum_{d=1}^n\mu(d)\sum_{d|i}\mu(i)\sum_{d|j}\mu(j) =d=1nμ(d)diμ(i)djμ(j)

= ∑ d = 1 n μ ( d ) ( ∑ d ∣ i n μ ( i ) ) 2 =\sum_{d=1}^n\mu(d)\left ( \sum_{d|i}^n\mu(i) \right ) ^2 =d=1nμ(d)dinμ(i)2

= ∑ d = 1 n μ ( d ) ( ∑ i = 1 n d μ ( i ∗ d ) ) 2 =\sum_{d=1}^n\mu(d)\left ( \sum_{i=1}^{\frac{n}{d}}\mu(i*d) \right ) ^2 =d=1nμ(d)i=1dnμ(id)2
我 们 枚 举 d , 对 于 每 一 个 n , 都 会 有 k d ≤ n < ( k + 1 ) d , 所 以 在 k d 和 ( k + 1 ) d − 1 之 间 都 会 对 答 案 有 贡 献 , 所 以 可 以 先 差 分 在 取 前 缀 和 即 可 。 我们枚举d,对于每一个n,都会有kd\leq n < (k+1)d,所以在kd和(k+1)d-1之间都会对答案有贡献,所以可以先差分在取前缀和即可。 dnkdn<(k+1)dkdk+1)d1

Code

#include 

using namespace std;

typedef long long ll;
typedef long double ld;
typedef pair<int, int> pdd;

#define INF 0x3f3f3f3f
#define lowbit(x) x & (-x)
#define mem(a, b) memset(a , b , sizeof(a))
#define FOR(i, x, n) for(int i = x;i <= n; i++)

// const ll mod = 998244353;
// const ll mod = 1e9 + 7;
// const double eps = 1e-6;
// const double PI = acos(-1);
// const double R = 0.57721566490153286060651209;

const int N = 5e4 + 10;

int mu[N]; // 莫比乌斯函数
bool is_prime[N];
int prime[N];
int cnt;
int ans[N + 10];

void init()
{
    mu[1] = 1;
    is_prime[0] = is_prime[1] = true;
    for(int i = 2;i < N; i++) {
        if (!is_prime[i]) {
            mu[i] = -1;
            prime[++cnt] = i;
        }
        for (int j = 1; j <= cnt && i * prime[j] < N; j++) {
            is_prime[i * prime[j]] = true;
            if (i % prime[j] == 0) {
                mu[i * prime[j]] = 0;
                break;
            }
            mu[i * prime[j]] = -mu[i];
        }
    }

    for(int d = 1;d < N; d++) {
        int tmp = 0;
        for(int i = d;i < N; i += d) {
            int l = i;
            int r = min(l + d - 1, N);
            tmp += mu[l];
            ans[l] += mu[d] * tmp * tmp;
            ans[r + 1] -= mu[d] * tmp * tmp;    
        }
    }

    for(int i = 1;i < N; i++) ans[i] += ans[i - 1];
}

void solve()
{
    init();
    int _;
    cin >> _;
    while(_--) {
        int x;
        cin >> x;
        cout << ans[x] << endl;
    }
}

signed main() {
    ios_base::sync_with_stdio(false);
    //cin.tie(nullptr);
    //cout.tie(nullptr);
#ifdef FZT_ACM_LOCAL
    freopen("in.txt", "r", stdin);
    freopen("out.txt", "w", stdout);
    signed test_index_for_debug = 1;
    char acm_local_for_debug = 0;
    do {
        if (acm_local_for_debug == '$') exit(0);
        if (test_index_for_debug > 20)
            throw runtime_error("Check the stdin!!!");
        auto start_clock_for_debug = clock();
        solve();
        auto end_clock_for_debug = clock();
        cout << "Test " << test_index_for_debug << " successful" << endl;
        cerr << "Test " << test_index_for_debug++ << " Run Time: "
             << double(end_clock_for_debug - start_clock_for_debug) / CLOCKS_PER_SEC << "s" << endl;
        cout << "--------------------------------------------------" << endl;
    } while (cin >> acm_local_for_debug && cin.putback(acm_local_for_debug));
#else
    solve();
#endif
    return 0;
}

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