從零開始的莫比烏斯反演 1 線性篩 數論分塊

2022-06-29 16:09:10 字數 3081 閱讀 5886

莫比烏斯反演在競賽中屬於數論的內容。雖然說,本系列是想寫面向beginner的教程,但是莫比烏斯反演在數論中並不是很基礎的內容,你仍然需要有一定的數論知識的基礎。

ps:以下**都是寫部落格的時候現場手打的,所以。。。

本文只講數論分塊並給出線性篩法的模版。其他內容請自行搜尋學習。

這裡給出線性素數篩:

int prime[maxn], numprime, isprime[maxn];	// isprime[i] == 0:i是素數,反之則不是。prime用來存素數

void make_prime(const int &up_bound) }}

求:

\[\sum\limits_^\left\lfloor \dfrac \right\rfloor

\]如果告訴你,\(1 \leq k \leq n \leq 10^6\),那麼,你可以直接列舉。那,如果告訴你,\(1 \leq k \leq n \leq 10^\)呢?

這就要用到數論分塊了。數論分塊能把複雜度降到\(o(\sqrt)\)。原理如下:

我們看幾個整數除法的例子:

\(\left\lfloor \dfrac \right\rfloor = 2, \left\lfloor \dfrac \right\rfloor = 2, \left\lfloor \dfrac \right\rfloor = 1, \left\lfloor \dfrac \right\rfloor = 1 \cdots\)

容易發現,總是有這麼一段,它們做除法的結果是一樣的。比如從\(4\)到\(5\),除法的結果總是\(2\);從\(6\)到\(10\),除法的結果總是\(1\)。

它在圖上表示出來是這樣的:

如果我們能把它相等的這一段,直接用乘法求出來,顯然會比挨個做加法要快不少。那麼,我們如何確定某一段的左右邊界呢?

先說結論,最後再說證明。結論很漂亮,但是證明很蛋疼。

\(x = \left\lfloor \dfrac \right\rfloor\)的右邊界是\(\left\lfloor \dfrac \rfloor} \right\rfloor\)。

也就是說,對於\(n\)來說,如果\(\left\lfloor \dfrac \right\rfloor = x\),那麼令\(r = \left\lfloor \dfrac \rfloor} \right\rfloor\),則\(\left\lfloor \dfrac \right\rfloor\)也等於\(x\)。且\(r\)是\(\left\lfloor \dfrac \right\rfloor = x\)的右邊界,\(\left\lfloor \dfrac \right\rfloor\)就不等於\(x\)了。

那麼,這一段的求和就是\(\left(\left\lfloor \dfrac \rfloor} \right\rfloor - l + 1 \right) \times \left\lfloor \dfrac \right\rfloor\)。

上面提到的例題,**如下:

for (int l = 1, r; l <= k; l = r + 1)
十分簡潔。

在不同的地方應用數論分塊寫起來會有點不同,不過總體上大同小異。

如果我們要求\(\sum\limits_^\left\lfloor \dfrac \right\rfloor \left\lfloor \dfrac \right\rfloor\)呢?

這裡會遇到的乙個問題就是\(\left\lfloor \dfrac \right\rfloor\)和\(\left\lfloor \dfrac \right\rfloor\)的右邊界可能不同。所以,我們只要把這個分段再「切碎一點」就好了。

for (int l = 1, r; l <= k; l = r + 1)
摘自:oi-wiki

ps:稍微吐槽一下oi-wiki,oi-wiki寫的內容是很完備而且嚴謹的,所以對於初學來說反而有點痛苦。。。

pss:建議做一做oi-wiki推薦的習題試試: 「luogu p2261」cqoi2007 餘數求和

對於任意給定的\(i\),我們要找乙個最大的\(j\),滿足\(\left\lfloor \dfrac \right\rfloor = \left\lfloor \dfrac \right\rfloor\)。

首先,我們證明\(\left\lfloor \dfrac \right\rfloor} \right\rfloor \geqslant i\):

\[\begin & \left\lfloor \dfrac \right\rfloor \leqslant \dfrac \\ \longrightarrow & \left\lfloor \dfrac \rfloor} \right\rfloor \geqslant \left\lfloor \dfrac} \right\rfloor = \lfloor i \rfloor = i \\ \longrightarrow & i \leqslant \left\lfloor \dfrac \rfloor} \right\rfloor = j \end

\]下證明:\(\left\lfloor \dfrac \right\rfloor} \right\rfloor\)是滿足條件的最大的\(j\)。

設\(k = \left\lfloor \dfrac \right\rfloor\),那麼,必然有\(\left\lfloor \dfrac \right\rfloor = k\),顯然,\(j\)的最大值是\(\left\lfloor \dfrac \right\rfloor\)

;(有一說一,我確實覺得挺顯然的)

\(\left\lfloor \dfrac \right\rfloor = k \longleftrightarrow k \leqslant \dfrac < k + 1 \longleftrightarrow \dfrac < \dfrac \leqslant \dfrac \longleftrightarrow \dfrac < j \leqslant \dfrac\)

又因為\(j\)是整數,所以\(j_ = \left\lfloor \dfrac \right\rfloor\)

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