●BZOJ 3512 DZY Loves Math IV

时间:2023-03-19 11:03:25

题链:

http://www.lydsy.com/JudgeOnline/problem.php?id=3512

题解:

$$求ANS=\sum_{i=1}^{N}\sum_{j=1}^{M}\phi(ij)\quad N\leq 10^5\;M\leq 10^9$$


杜教筛

因为N比较小,所以从这里入手:

设$sum(n,M)=\sum_{i=1}^{M}\phi(ni)$

则答案为$ANS=\sum_{n=1}^{N}sum(n,M)$

考虑如何求$sum(n,M)$

首先按照唯一分解定理,$n={p_1}^{a_1}\times {p_2}^{a_2}\times\cdots\times {p_k}^{a_k}$

另$n'={p_1}^{1}\times {p_2}^{1}\times\cdots\times {p_k}^{1},P=\frac{n}{n'}$

由$\phi$的定义可得:$$\phi(n)=P\phi(\frac{n}{P})=P\phi(n')$$

所以$$sum(n,M)=P\times sum(n',M)$$

(现在n'没有平方质因子,即$|\mu(n')|=1$)


第一阶段已经结束,我们看看$sum(n',M)$又该怎么求?

任取一个n'的质因子,我们这里取最小的那个,用miniP表示:

显然$gcd(miniP,\frac{n'}{miniP})=1,即miniP和\frac{n'}{miniP}互质$

从$sum(n',M)=\sum_{i=1}^{M}\phi(n'i)$这个定义入手,接下来分两种情况:

(一)、miniP不是i的因子

那么有$$\phi(n'i)=\phi(miniP)\phi(\frac{n'}{miniP}i)=(miniP-1)\phi(\frac{n'}{miniP}i)$$

先假设$sum(n',M)=\sum_{i=1}^{M}\phi(n'i)$中枚举的i都与miniP互质,那么得到:

$$\begin{aligned}
sum(n',M)&=\sum_{i=1}^{M}\phi(n'i)\\
&=\sum_{i=1}^{M}(miniP-1)\phi({\frac{n'}{minip}i})\\
&=(miniP-1)sum(\frac{n'}{minip},M)\\
\end{aligned}$$

(二)、miniP是i的因子

那么有$$\phi(n'i)=miniP\phi(\frac{n'}{miniP}i)$$

显然对于上面的$sum(n',M)=(miniP-1)sum(\frac{n'}{minip},M)$而言,每当枚举到一个i与miniP不互质时,

就会少加一个$\phi(\frac{n'}{miniP}i)$

现在我们希望把这些漏掉的加回来,设漏加的总和为w,则:

$$\begin{aligned}
w&=\sum_{miniP|i}\phi(\frac{n'}{miniP}i)\\
&=\sum_{i=1}^{\lfloor \frac{M}{miniP} \rfloor}\phi(\frac{n'}{miniP}(i\times miniP))\\
&=\sum_{i=1}^{\lfloor \frac{M}{miniP} \rfloor}\phi(n'i)\\
&=sum(n',\lfloor \frac{M}{miniP} \rfloor)
\end{aligned}$$

所以,综上两种情况,我们得到:

$$sum(n',M)=(miniP-1)sum(\frac{n'}{minip},M)+sum(n',\lfloor \frac{M}{miniP} \rfloor)$$


差不多就这样了,我们枚举每个n,

分别求出:

$sum(n,M)=P\times sum(n',M)=P\times((miniP-1)sum(\frac{n'}{minip},M)+sum(n',\lfloor \frac{M}{miniP} \rfloor))$

对于每个sum(),进行递归求解,

到了递归的最底层时,

若n==1,那么$sum(1,M)=\sum_{i=1}^{M}\phi(i)$,用杜教筛求解。

若m==1,那么$sum(n,1)=phi(n),直接返回即可$

另外要先预处理出前$M^{\frac{2}{3}}个phi()$的前缀和,便于降低杜教筛的复杂度。

代码:

#include<bits/stdc++.h>
#define MAXN 100050
#define DJM 1000000
#define mod 1000000007
using namespace std;
struct Hash_Table{
#define Hmod 1425367
int org[DJM],val[DJM],nxt[DJM],head[Hmod],hnt;
Hash_Table(){hnt=2;}
void Push(int x,int v){
static int u; u=x%Hmod;
org[hnt]=x; val[hnt]=v; nxt[hnt]=head[u]; head[u]=hnt++;
}
int Find(int x){
static int u; u=x%Hmod;
for(int i=head[u];i;i=nxt[i])
if(org[i]==x) return val[i];
return -1;
}
}H;
int P[DJM+50],miniP[DJM+50],phi[DJM+50],sphi[DJM+50];
int sum[MAXN];
int N,M;
void Sieve(){
static bool np[DJM+50];
static int prime[DJM+50],pnt;
phi[1]=1; P[1]=1; miniP[1]=1;
for(int i=2;i<=DJM;i++){
if(!np[i]) prime[++pnt]=i,phi[i]=i-1,P[i]=1,miniP[i]=i;
for(int j=1;j<=pnt&&i<=DJM/prime[j];j++){
np[i*prime[j]]=1; miniP[i*prime[j]]=prime[j];
if(i%prime[j]){
phi[i*prime[j]]=phi[i]*phi[prime[j]];
P[i*prime[j]]=P[i];
}else{
phi[i*prime[j]]=phi[i]*prime[j];
P[i*prime[j]]=P[i]*prime[j];
break;
}
}
}
//for(int i=1;i<=DJM;i++) printf(":P=%d miniP=%d phi=%d\n",P[i],miniP[i],phi[i]);
for(int i=1;i<=DJM;i++) sphi[i]=(1ll*phi[i]+sphi[i-1])%mod;
}
int DJ_Sieve(int m){
if(m<=DJM) return sphi[m];
if(H.Find(m)!=-1) return H.Find(m);
int now=(1ll*m*(1+m)/2)%mod;
for(int i=2,last;i<=m;i=last+1){
last=m/(m/i);
now=(1ll*now-1ll*(last-i+1)*DJ_Sieve(m/i)%mod+mod)%mod;
}
H.Push(m,now);
return now;
}
int S(int n,int m){
if(m==0) return 0;
if(m==1) return phi[n];
if(n==1) return DJ_Sieve(m);
if(m==M&&sum[n]) return sum[n];
int now=(1ll*(miniP[n]-1)*S(n/miniP[n],m)+S(n,m/miniP[n]))%mod;
if(m==M) sum[n]=now;
if(now<0) printf("S %d %d\n",n,m);
return now;
}
int main(){
Sieve();
scanf("%d%d",&N,&M);
int ans=0;
for(int n=1;n<=N;n++)
ans=(1ll*ans+1ll*P[n]*S(n/P[n],M))%mod;
printf("%d\n",ans);
return 0;
}