hdu5072 Coprime | 2014鞍山赛区C题 | 容斥原理

感谢 http://dtyfc.com/acmblog/acm/980 的解题思路,“如果三个数a, b, c不符合条件,那么一定有一对是互质的,有一对是不互质的。不妨令a, b互质,b, c不互质。于是我们可以枚举b来统计答案。在除了b自己的所有数中,要么与b互质,要么与b不互质。假设n个数中有x个与b不互质的数,那么b对答案的贡献就是(x - 1) * (n - x)。注意这里的求出答案之后要除以2,这是因为如果a, c互质,那么可以交换b, c的位置;如果a, c不互质,那么可以交换a, b的位置,每个答案都被计算了两遍”是我认为最精彩的地方,把题目的脑洞推向了高潮~~


这道题是要求互不相同的n个数中有多少abc这样的组合,满足abc两两互质或者两两不互质。三元关系很伤脑筋,转化为二元关系也许能简化问题(这里脑洞要慢慢打开了)。


由于数据范围不大10^5以内,总组合数C(n,3) longlong不会爆。abc两两互质和两两不互质,就对应着两个互质另两个不互质,这两个集合构成了全集U。不妨把前者称为集合A,后者称为集合B,那么A并B等于U,且A交B为空。U的大小为C(n,3)。


如果a,b,c不符合条件,必然有一对互质,一对不互质,不妨设a,b互质,b,c不互质,于是我们可以枚举b来统计所有的三元组:如果a,c互质那么这样的三元组中b,c可以互换位置;如果a,c不互质,那么a,b可以互换位置。每个答案被算了两遍。


所以只要枚举每个b,统计出k个和它不互质的,那么剩下n-1-k个就是和它互质的,那么三元组就有k*(n-1-k)/2种。


如果会快速统计1~n个数中有多少和b不互质的数,那么题目就差不多就做完了...

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怎么快速统计不互质的数呢?


对于b不超过10^5,质因子的个数不超过6个(2*3*5*7*11*13 *17>10^5)。用状压搜索质因子组成的每个因数,如果某数是该因数的倍数,那么就说明该数和b是不互质的。利用容斥原理统计出与b不互质的数的综述。


由于数据范围不超过10^5,预处理筛除出每个质数和每个质因子,复杂度为nlogn。对于具体的n个数,再筛出在n个数中以他们为倍数的数的个数也是nlogn。(代码中用cntExtend[]记录)


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#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
typedef long long LL;
const int maxn = 111111;

//filter prim
int prim[maxn],isprim[maxn];
int primnum=0;
void initprim(){
    memset(isprim,-1,sizeof isprim);
    isprim[0]=isprim[1]=0;
    prim[primnum++] = 2;
    for(int i=4;i<maxn;i+=2){
        isprim[i]=0;
    }
    for(int i=3;i<maxn;i+=2){
        if(isprim[i]){
            prim[primnum++]=i;
            for(int j=i+i;j<maxn;j+=i){
                isprim[j]=0;
            }
        }
    }
}

//get factor
int has[maxn];
int factor[maxn][6];
int factornum[maxn];
void getfactor(){
    for(int num=2;num<maxn;num++){
        int n=num,cnt = 0;
        for(int i=0;i<primnum;i++){
            if(isprim[n]) {
                factor[num][cnt++]=n;
                break;
            }
            if(n%prim[i]==0){
                factor[num][cnt++]=prim[i];
                while(n%prim[i]==0){
                    n/=prim[i];
                }
            }
        }
        factornum[num]=cnt;
    }
}

// count the number of factors of every number
int num[maxn],cntExtend[maxn];
void factorExtend(int len){
    memset(cntExtend,0,sizeof cntExtend);
    for(int i=1; i<maxn; i++){
        for(int j=i; j<maxn; j+=i){
            if(has[j])
                cntExtend[i]++;
        }
    }
}

//for every single factor in each number, find out how many numbers is not co-prime with it
LL solve(int len){
    LL re = 0;
    for(int i=0; i<len; i++){
        int n = num[i];
        if(n==1) continue;
        int facnum = factornum[n];
        LL sum=0;
        for(int k=(1<<facnum)-1; k>0; k--){
            int mul=1,b=0;
            for(int j=0; j<facnum; j++){
                if((1<<j) & k) {
                    mul*=factor[n][j];
                    b^=1;
                }
            }
            if(b){
                sum+=cntExtend[mul]-1;
            }else{
                sum-=cntExtend[mul]-1;
            }
        }
        re+=(sum)*(len-1-sum);
    }
    return re;
}

int main(){
//    freopen("data.in","r",stdin);
    int T,n,x;
    initprim();
    getfactor();
    scanf("%d",&T);
    while(T--){
        scanf("%d",&n);
        memset(has,0,sizeof has);
        for(int i=0;i<n;i++){
            scanf("%d",&x);
            has[x]++;
            num[i]=x;
        }
        factorExtend(n);
        LL ans = (LL)n*(n-1)*(n-2)/6 - solve(n)/2;
        printf("%I64d\n",ans);
    }

}



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