數學相關 莫比烏斯反演學習筆記

2021-09-19 16:50:37 字數 2472 閱讀 4430

我們規定函式f(n

)f(n)

f(n)

代表如下含義:f(n

)=∑d

∣ng(

d)f(n)\ =\ \sum_ g(d)

f(n)=∑

d∣n​

g(d)

。在某一些情況下,莫比烏斯反演的f

ff函式很容易求解,但其中的g函式則不容易求解;我們需要通過某一種演算法,在知道每乙個g

gg的情況下求解出對應的f

ff值。

而這乙個演算法就是莫比烏斯反演

μ (i

)=1, \text \\ (-1)^,i=p_1*p_2*...*p_k \\ 0,i不滿足上述兩種限制 \end

μ(i)=⎩

⎪⎨⎪⎧

​1,i = 1(−

1)k,

i=p1

​∗p2

​∗..

.∗pk

​0,i

不滿足上

述兩種限

制​對於莫比烏斯函式的性質:

證明不想寫

至於莫比烏斯函式的求法,由於這是乙個積性函式我們可以代到線性篩了,類似於尤拉函式的求法即可。

**如下:

1.我們通過觀察這一串算是,發現在計算每乙份g

gg函式的時候,等號右邊的數都是g的因數。

2.同時我們發現,對於右邊的每乙個數k來說,一定滿足⌊nk

⌋\lfloor\ \frac\ \rfloor

⌊kn​

⌋一定由若干個互不相同的質因數組成。且對應的符號為μ(n

k)μ(\frac)

μ(kn​)

.因此我們就可以得到莫比烏斯反演公式:g(i

)=∑d

∣iμ(

d)∗f

(nd)

g(i)\ =\ \sum_μ(d)*f(\frac)

g(i)=d

∣i∑​

μ(d)

∗f(d

n​)然後就可以根據f

ff來求g

gg了。

我們不能執著於證明(九年級語文書都說了不求甚解是好的)

對於每乙個莫比烏斯函式f(i)來說,\sum的內容是小於i的,如果所求需要大於i值、那麼我們需要使用下面兩個莫比烏斯反演的變形公式。

對於乙個數n除以乙個數k來說,會有若干個不同的除數,此時這乙個下取整除數的序列會十分有規律的排布,我們正是需要通過除法分塊來找尋這乙個規律。

例如20去除以1-20的數字,我們分別得到的的序列是:20,10

,6,5

,4,3

,2,2

,2,2

,1,1

,1,1

,1,1

,1,1

,1,1

,120,10,6,5,4,3,2,2,2,2,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1

20,10,

6,5,

4,3,

2,2,

2,2,

1,1,

1,1,

1,1,

1,1,

1,1,

1對於一開始的除數,分布並非十分規律,但是後面卻會出現大量重複,我們這要找到這乙個重複序列的左右端點來減少運算量。我們可以證明,這樣的序列不超過2

n2\sqrt n

2n​ 個.

證明:若k

k時,共有n

\sqrt n

n​個取值。

若k

>

nk>\sqrt n

k>n​

時,由於⌊nk

⌋⌋\lfloor \frac\rfloor

⌊kn​⌋​⌋

,共有n

\sqrt n

n​個取值。

因此答案一定不超過2

n2\sqrt n

2n​ 個。

現在我們來嘗試找到每乙個相同區間的左右端點。

即對於左端點i,我們來嘗試尋找右斷電j。我們知道對於每乙份區間,都有:

⌊ ni

⌋≤nj

\lfloor \frac\rfloor \leq \frac

⌊in​⌋≤

jn​

由於j要取最大值,因此就有j=i

⌊ni⌋

j\ =\ \frac\rfloor}

j=⌊in​

⌋i​.

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