「学习笔记」莫比乌斯反演
「学习笔记」莫比乌斯反演
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前置知识
整除分块
考虑快速求:
发现连续的一段 取值是一样的,而且取值最多只有 种,考虑从这里入手,把连续的一段统一处理 .
当前段左端点 可以通过上一段右端点加一得到,如何快速求右端点 ?给出结论是 ,证明如下:
对于 ,有 ,可推导出不等式 ,移项得 ,此时 最大为 .
当前块 ,所以右端点(最大值)取 .
跑到下一个块,最多 个块,所以时间复杂度 ,比较厉害 .
积性函数
给定数论函数 ,如果对于任意一组互质的整数 存在 ,则称 为「积性函数」 .
特别的,如果对于任何一组(不要求互质)整数 都存在 ,则称 为「完全积性函数」 .
比较常见的积性函数:
- :欧拉函数 .
- :约数函数,公式为 . 为方便一般把 简记为 ,把 简记为 .
- :莫比乌斯函数,本文核心内容,放在下文写 .
比较常见的完全积性函数:
- .
- , 通常简记作 .
- .
好像狄利克雷卷积会用,这里挂个名 .
线性筛任意积性函数
看名字就感觉很厉害!
所有积性函数都可以被线性筛,如果只求积性函数前缀和还有「杜教筛」这种复杂度低于线性的高级筛法 . 但没学,目前题也不用 .
注意到线性筛中所有数都只会被它的最小质因子筛到,那么所有只有一个质因子的数的函数值都可以基于积性函数「」这一性质进行处理 .
考虑不止一个质因子的数怎么办 . 设当前筛的函数为 ,最小质因子为 ,处理到的数为 ,其中 . 把 分解为 和 这两个互质的数即可算出 . 那你存一下对于每个数的 (最小质因数的指数)就行了 .
如果完全积性就随便了 .
一份筛 的实现,更具一般性:
d[1] = 1;
_for (i, 2, MX) {
if (!vis[i]) {
prime.push_back (i);
low[i] = i, d[i] = i + 1;
}
far (j, prime) {
if (i * j > MX) break;
vis[i * j] = true;
if (!(i % j)) {
low[i * j] = low[i] * j;
if (low[i] == i) d[i * j] = d[i] + i * j;
else d[i * j] = d[i / low[i]] * d[low[i] * j];
break;
}
low[i * j] = j, d[i * j] = d[i] * d[j];
}
}
一份筛 的实现,由于定义了有完全平方因子的数的函数值所以很简单(不清楚定义先往下看):
mu[1] = 1;
_for (i, 2, MX) {
if (!vis[i]) prime.push_back (i), mu[i] = -1;
far (j, prime) {
if (i * j > MX) break;
vis[i * j] = true;
if (!(i % j)) { mu[i * j] = 0; break; }
mu[i * j] = -mu[i];
}
}
莫比乌斯反演
莫比乌斯函数
性质:
- :最重要的性质 . 常用于转化 ,在狄利克雷卷积中也会出现 .
- 积性函数:意味着可以被快速筛出来 .
莫比乌斯反演公式
形式一:
证明直接大力代入,同时使用莫比乌斯函数性质:
形式二:
这个形式好像很不常用啊 .
证明:
令 .
(事实上你会发现,这两个式子完全不会也能做题,因为一般来说你都可以用直接推的方式代替)
例题
会把本来想把常见套路单开一个部分的,想了想还是放在例题中比较好 .
都标的十分明显 .
[HAOI2011] Problem b
这么典的么!
可以容斥,所以只考虑上限为 怎么做 . 下文为了方便钦定 .
有式子:
「套路一」:变换上界:
「套路二」:用莫比乌斯函数的性质把 换掉:
「套路三」:变换求和顺序,枚举 :
化简成:
复杂度是 的,考虑使用整除分块,预处理出 函数前缀和,即可 通过 .
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const int N = 5e4 + 10, MX = 5e4;
namespace SOLVE {
int a, b, c, d, k, mu[N], smu[N]; ll ans;
bool vis[N]; std::vector <int> prime;
inline int rnt () {
int x = 0, w = 1; char c = getchar ();
while (!isdigit (c)) { if (c == '-') w = -1; c = getchar (); }
while (isdigit (c)) x = (x << 3) + (x << 1) + (c ^ 48), c = getchar ();
return x * w;
}
inline void Pre () {
smu[1] = mu[1] = 1;
_for (i, 2, MX) {
if (!vis[i]) prime.push_back (i), mu[i] = -1;
far (j, prime) {
if (i * j > MX) break;
vis[i * j] = true;
if (!(i % j)) { mu[i * j] = 0; break; }
mu[i * j] = -mu[i];
}
smu[i] = smu[i - 1] + mu[i];
}
return;
}
inline int F (int a, int b) {
ll sum = 0;
for (int l = 1, r = 0; l * k <= std::min (a, b); l = r + 1) {
r = std::min (a / (a / l), b / (b / l));
sum += 1ll * (smu[r] - smu[l - 1]) * (a / l / k) * (b / l / k);
}
return sum;
}
inline void In () {
a = rnt (), b = rnt (), c = rnt (), d = rnt (), k = rnt ();
return;
}
inline void Solve () {
ans = F (b, d) - F (a - 1, d) - F (b, c - 1) + F (a - 1, c - 1);
return;
}
inline void Out () {
printf ("%lld\n", ans);
return;
}
}
YY 的 GCD
考虑枚举质数:
使用套路一:
使用套路二:
使用套路三:
「套路四」:为了方便整除分块,枚举分母:
令 ,则:
预处理出每个数的所有因数的 函数之和即可 . 这个题可以直接用调和级数预处理搞,比较厉害 .
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const int N = 1e7 + 10, MX = 1e7;
namespace SOLVE {
int n, m, mu[N], mus[N]; ll ans;
bool vis[N]; std::vector <int> prime;
inline ll rnt () {
ll x = 0, w = 1; char c = getchar ();
while (!isdigit (c)) { if (c == '-') w = -1; c = getchar (); }
while (isdigit (c)) x = (x << 3) + (x << 1) + (c ^ 48), c = getchar ();
return x * w;
}
inline void Pre () {
mu[1] = 1;
_for (i, 2, MX) {
if (!vis[i]) prime.push_back (i), mu[i] = -1;
far (j, prime) {
if (1ll * i * j > MX) break;
vis[i * j] = true;
if (!(i % j)) { mu[i * j] = 0; break; }
mu[i * j] = -mu[i];
}
}
far (p, prime) _for (i, 1, MX / p) mus[i * p] += mu[i];
_for (i, 1, MX) mus[i] += mus[i - 1];
return;
}
inline void In () {
n = rnt (), m = rnt ();
return;
}
inline void Solve () {
ans = 0;
for (int l = 1, r = 0; l <= std::min (n, m); l = r + 1) {
r = std::min (n / (n / l), m / (m / l));
ans += 1ll * (mus[r] - mus[l - 1]) * (n / l) * (m / l);
}
return;
}
inline void Out () {
printf ("%lld\n", ans);
return;
}
}
[SDOI2014] 数表
入门题是不是过了,那不写什么套路几了 .
首先我们不考虑 的限制写出式子然后推:
令 :
发现后面是个狄利克雷卷积的形式,然后发现卷不了,因为还有个 的限制 .
那么考虑对每个询问的 升序排序,每次询问时加入满足 的 ,由于查询的是前缀和可以直接用树状数组维护 .
模数比较特殊是 ,直接自然溢出可以跑得飞快,实测正常取模 2.08s,自然溢出 1.15s .
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const ll N = 1e5 + 10, MX = 1e5, Q = 2e4 + 10, P = 1ll << 31;
namespace BIT {
class BIT {
public:
int n;
private:
int b[N];
inline int lowbit (int x) { return x & -x; }
public:
inline void Update (int x, int y) {
while (x <= n) b[x] += y, x += lowbit (x);
return;
}
inline int Query (int x) {
int sum = 0;
while (x) sum += b[x], x -= lowbit (x);
return sum;
}
};
}
namespace SOLVE {
int q, mu[N], si[N], od[N], low[N], ans[Q];
std::vector <int> prime; bool vis[N]; BIT::BIT tr;
class QU {
public:
int n, m, a, id;
friend inline bool operator < (QU a, QU b) {
return a.a < b.a;
}
} qu[Q];
inline int rnt () {
int x = 0, w = 1; char c = getchar ();
while (!isdigit (c)) { if (c == '-') w = -1; c = getchar (); }
while (isdigit (c)) x = (x << 3) + (x << 1) + (c ^ 48), c = getchar ();
return x * w;
}
inline void Pre () {
tr.n = MX;
mu[1] = 1, si[1] = 1, od[1] = 1;
_for (i, 2, MX) {
if (!vis[i]) {
prime.push_back (i);
mu[i] = -1;
low[i] = i, si[i] = i + 1;
}
far (j, prime) {
if (i * j > MX) break;
vis[i * j] = true;
if (!(i % j)) {
mu[i * j] = 0;
low[i * j] = low[i] * j;
if (low[i] == i) si[i * j] = si[i] + i * j;
else si[i * j] = si[i / low[i]] * si[low[i] * j];
break;
}
mu[i * j] = -mu[i];
low[i * j] = j, si[i * j] = si[i] * si[j];
}
od[i] = i;
}
std::sort (od + 1, od + MX + 1, [](int i, int j) { return si[i] < si[j]; });
return;
}
inline void In () {
q = rnt ();
_for (i, 1, q) qu[i].n = rnt (), qu[i].m = rnt (), qu[i].a = rnt (), qu[i].id = i;
return;
}
inline void Solve () {
std::sort (qu + 1, qu + q + 1);
int tmp = 0;
_for (i, 1, q) {
while (tmp < MX && si[od[tmp + 1]] <= qu[i].a) {
int p = od[++tmp];
_for (i, 1, MX / p) tr.Update (i * p, si[p] * mu[i]);
}
int sum = 0, a = qu[i].n, b = qu[i].m;
for (int l = 1, r = 0; l <= std::min (a, b); l = r + 1) {
r = std::min (a / (a / l), b / (b / l));
sum = (sum + (tr.Query (r) - tr.Query (l - 1)) * (a / l) * (b / l));
}
ans[qu[i].id] = sum;
}
return;
}
inline void Out () {
_for (i, 1, q) printf ("%lld\n", ans[i] < 0 ? ans[i] + P : ans[i]);
return;
}
}
DZY Loves Math
令 :
调和级数预处理 .
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const ll N = 1e7 + 10, MX = 1e7;
namespace SOLVE {
ll n, m, mu[N], f[N], low[N], cnt[N], sum[N], ans;
bool vis[N]; std::vector <ll> prime;
inline ll rnt () {
ll x = 0, w = 1; char c = getchar ();
while (!isdigit (c)) { if (c == '-') w = -1; c = getchar (); }
while (isdigit (c)) x = (x << 3) + (x << 1) + (c ^ 48), c = getchar ();
return x * w;
}
inline void Pre () {
mu[1] = 1, f[1] = 0;
_for (i, 2, MX) {
if (!vis[i]) prime.push_back (i), mu[i] = -1, f[i] = 1, low[i] = i;
far (j, prime) {
if (i * j > MX) break;
vis[i * j] = true;
if (!(i % j)) {
mu[i * j] = 0, low[i * j] = low[i] * j;
f[i * j] = std::max (f[i], f[low[i]] + 1);
break;
}
mu[i * j] = -mu[i], f[i * j] = f[i], low[i * j] = j;
}
}
_for (i, 1, MX) _for (j, 1, MX / i) sum[i * j] += mu[i] * f[j];
_for (i, 1, MX) sum[i] += sum[i - 1];
return;
}
inline void In () {
n = rnt (), m = rnt ();
return;
}
inline void Solve () {
ans = 0;
for (ll l = 1, r = 0; l <= std::min (n, m); l = r + 1) {
r = std::min (n / (n / l), m / (m / l));
ans += (sum[r] - sum[l - 1]) * (n / l) * (m / l);
}
return;
}
inline void Out () {
printf ("%lld\n", ans);
return;
}
}
[SDOI2015] 约数个数和
给出一个人类想不出来的结论:
简单解释:假设对于 的质因数 ,其在 中的指数为 ,在 中的指数为 ,则其在 中的指数为 ,考虑如何选出来所有可能的 种指数 . 我们钦定要选的指数 时从 取,否则把 取光后从 里取剩下的 . 为了方便,「 全选后在 里选 个」变为「 里不选直接在 里选剩下的 个」,那就能保证选出来的两个数是互质的,就成了上面那个式子 .
呃呃,写的好抽象,感性理解罢 .
然后就直接推式子:
考虑预处理出所有 ,可以用整除分块做到单次询问 .
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const ll N = 5e4 + 10, MX = 5e4;
namespace SOLVE {
ll n, m, mu[N], mus[N], sum[N], ans;
bool vis[N]; std::vector <ll> prime;
inline ll rnt () {
ll x = 0, w = 1; char c = getchar ();
while (!isdigit (c)) { if (c == '-') w = -1; c = getchar (); }
while (isdigit (c)) x = (x << 3) + (x << 1) + (c ^ 48), c = getchar ();
return x * w;
}
inline void Pre () {
mus[1] = mu[1] = 1;
_for (i, 2, MX) {
if (!vis[i]) prime.push_back (i), mu[i] = -1;
far (j, prime) {
if (i * j > MX) break;
vis[i * j] = true;
if (!(i % j)) { mu[i * j] = 0; break; }
mu[i * j] = -mu[i];
}
mus[i] = mus[i - 1] + mu[i];
}
_for (i, 1, MX) {
for (ll l = 1, r = 0; l <= i; l = r + 1) {
r = i / (i / l);
sum[i] += (r - l + 1) * (i / l);
}
}
return;
}
inline void In () {
n = rnt (), m = rnt ();
return;
}
inline void Solve () {
ans = 0;
for (ll l = 1, r = 0; l <= std::min (n, m); l = r + 1) {
r = std::min (n / (n / l), m / (m / l));
ans += (mus[r] - mus[l - 1]) * sum[n / l] * sum[m / l];
}
return;
}
inline void Out () {
printf ("%lld\n", ans);
return;
}
}
[SDOI2017] 数字表格
这个是乘积,交换运算顺序要化成指数.
令 :
是可以调和级数预处理出来的,剩下部分使用整除分块解决 .
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const ll N = 1e6 + 10, MX = 1e6, P = 1e9 + 7;
namespace SOLVE {
ll n, m, f[N], mu[N], pro[N], inv_f[N], inv_pro[N], ans;
bool vis[N]; std::vector <ll> prime;
inline ll rnt () {
ll x = 0, w = 1; char c = getchar ();
while (!isdigit (c)) { if (c == '-') w = -1; c = getchar (); }
while (isdigit (c)) x = (x << 3) + (x << 1) + (c ^ 48), c = getchar ();
return x * w;
}
inline ll FastPow (ll a, ll b) {
ll ans = 1;
while (b) {
if (b & 1) ans = ans * a % P;
a = a * a % P, b >>= 1;
}
return ans;
}
inline void Pre () {
f[1] = 1, inv_f[1] = 1, mu[1] = 1;
_for (i, 2, MX) {
f[i] = (f[i - 1] + f[i - 2]) % P;
inv_f[i] = FastPow (f[i], P - 2);
if (!vis[i]) prime.push_back (i), mu[i] = -1;
far (j, prime) {
if (i * j > MX) break;
vis[i * j] = true;
if (!(i % j)) { mu[i * j] = 0; break; }
mu[i * j] = -mu[i];
}
}
pro[0] = 1, inv_pro[0] = 1;
_for (i, 1, MX) pro[i] = 1;
_for (i, 1, MX) {
_for (j, 1, MX / i) {
if (mu[j] > 0) pro[i * j] = pro[i * j] * f[i] % P;
else if (mu[j] < 0) pro[i * j] = pro[i * j] * inv_f[i] % P;
}
pro[i] = pro[i] * pro[i - 1] % P;
inv_pro[i] = FastPow (pro[i], P - 2);
}
return;
}
inline void In () {
n = rnt (), m = rnt ();
return;
}
inline void Solve () {
ans = 1;
for (ll l = 1, r = 0; l <= std::min (n, m); l = r + 1) {
r = std::min (n / (n / l), m / (m / l));
ans = ans * FastPow (pro[r] * inv_pro[l - 1] % P, (n / l) * (m / l) % (P - 1)) % P;
}
return;
}
inline void Out () {
printf ("%lld\n", (ans + P) % P);
return;
}
}
于神之怒加强版
推导部分比较平凡:
令 :
令 ,这部分可以埃筛处理,虽然能过但是交一发就会喜提最劣解 .
观察发现是个卷积形式,而且卷的两个函数都是积性函数,说明 也是个积性函数 . 考虑如何线性筛筛出来 .
如果 是一个质数则有 ,否则根据积性函数定义把它分解质因数然后推一下:
就可以线性筛预处理了 .
点击查看代码
const ll N = 5e6 + 10, MX = 5e6, P = 1e9 + 7;
namespace SOLVE {
ll k, n, m, mu[N], dk[N], sum[N], ans;
bool vis[N]; std::vector <ll> prime;
inline ll rnt () {
ll x = 0, w = 1; char c = getchar ();
while (!isdigit (c)) { if (c == '-') w = -1; c = getchar (); }
while (isdigit (c)) x = (x << 3) + (x << 1) + (c ^ 48), c = getchar ();
return x * w;
}
inline ll FastPow (ll a, ll b) {
ll ans = 1;
while (b) {
if (b & 1) ans = ans * a % P;
a = a * a % P, b >>= 1;
}
return ans;
}
inline void Pre () {
mu[1] = 1, dk[1] = 1;
_for (i, 2, MX) {
if (!vis[i]) prime.push_back (i), mu[i] = -1;
far (j, prime) {
if (i * j > MX) break;
vis[i * j] = true;
if (!(i % j)) { mu[i * j] = 0; break; }
mu[i * j] = -mu[i];
}
dk[i] = FastPow (i, k);
}
_for (i, 1, MX) _for (j, 1, MX / i) sum[i * j] += dk[i] * mu[j] % P;
_for (i, 1, MX) sum[i] = ((sum[i - 1] + sum[i]) % P + P) % P;
return;
}
inline void In () {
n = rnt (), m = rnt ();
return;
}
inline void Solve () {
ans = 0;
for (ll l = 1, r = 0; l <= std::min (n, m); l = r + 1) {
r = std::min (n / (n / l), m / (m / l));
ans = (ans + (sum[r] - sum[l - 1] + P) * (n / l) % P * (m / l) % P) % P;
}
return;
}
inline void Out () {
printf ("%lld\n", ans);
return;
}
}
[国家集训队] Crash的数字表格 / JZPTAB
硬推:
令 :
考虑线性筛出 后整除分块 .
卷的这两个都是积性函数所以 也是积性函数,对于 进行分类讨论:
- : .
- 为 的质因子: 所以产生不了任何贡献 .
- :由于是积性函数所以直接算 .
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const int N = 1e7 + 10, MX = 1e7, P = 1e8 + 9;
namespace SOLVE {
int n, m, g[N], sum[N], s[N], ans;
bool vis[N]; std::vector <int> prime;
inline int rnt () {
int x = 0, w = 1; char c = getchar ();
while (!isdigit (c)) { if (c == '-') w = -1; c = getchar (); }
while (isdigit (c)) x = (x << 3) + (x << 1) + (c ^ 48), c = getchar ();
return x * w;
}
inline void Pre () {
g[1] = 1;
_for (i, 2, MX) {
if (!vis[i]) prime.push_back (i), g[i] = 1 - i + P;
far (j, prime) {
if (1ll * i * j > MX) break;
vis[i * j] = true;
if (!(i % j)) { g[i * j] = g[i]; break; }
g[i * j] = 1ll * g[i] * g[j] % P;
}
}
_for (i, 1, MX) {
sum[i] = (sum[i - 1] + 1ll * g[i] * i % P) % P;
s[i] = (s[i - 1] + i) % P;
}
return;
}
inline void In () {
n = rnt (), m = rnt ();
if (n > m) std::swap (n, m);
return;
}
inline void Solve () {
ans = 0;
for (int l = 1, r = 0; l <= n; l = r + 1) {
r = std::min (n / (n / l), m / (m / l));
ans = (ans + 1ll * (sum[r] - sum[l - 1] + P) * s[n / l] % P * s[m / l] % P) % P;
}
return;
}
inline void Out () {
printf ("%d\n", ans);
return;
}
}
[湖北省队互测2014] 一个人的数论
推式子:
发现后面自然数幂和 .
喜报:我不会伯努利数!
但是之前扰动法的闲话中写过(原来闲话能有这种用途):
还是可以看出来它是一个 次多项式的 .
设 .
那么继续推式子:
令 ,是个积性函数,所以 . 考虑计算 , 只有 和 时非零,易得 ,即:
唯一的问题是 怎么求,数据范围允许 ,所以直接考虑直接高斯消元 .
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const ll W = 1e3 + 10, N = 110, P = 1e9 + 7;
namespace SOLVE {
ll k, w, n, p[W], alpha[W], g[N][N], a[N], ans;
inline ll rnt () {
ll x = 0, w = 1; char c = getchar ();
while (!isdigit (c)) { if (c == '-') w = -1; c = getchar (); }
while (isdigit (c)) x = (x << 3) + (x << 1) + (c ^ 48), c = getchar ();
return x * w;
}
inline ll FastPow (ll a, ll b) {
ll ans = 1;
while (b) {
if (b & 1) ans = ans * a % P;
a = a * a % P, b >>= 1;
}
return ans;
}
inline ll Inv (ll a) { return FastPow (a, P - 2); }
inline void Build () {
_for (i, 0, k + 1) {
_for (j, 0, k + 1) g[i][j] = FastPow (i + 1, j);
_for (j, 1, i + 1) g[i][k + 2] = (g[i][k + 2] + FastPow (j, k)) % P;
}
return;
}
inline void Gauss () {
_for (i, 0, k + 1) {
ll l = i;
_for (j, i + 1, k + 1) if (g[j][i] > g[l][i]) l = j;
std::swap (g[i], g[l]);
ll fm = Inv (g[i][i]);
_for (j, i, k + 2) g[i][j] = g[i][j] * fm % P;
_for (j, 0, k + 1) {
if (i == j) continue;
_for (l, i + 1, k + 2) g[j][l] = (g[j][l] + P - g[j][i] * g[i][l] % P) % P;
}
}
_for (i, 0, k + 1) a[i] = g[i][k + 2];
return;
}
inline void In () {
k = rnt (), w = rnt (), n = 1;
_for (i, 1, w) {
p[i] = rnt (), alpha[i] = rnt ();
n = n * FastPow (p[i], alpha[i]) % P;
}
return;
}
inline void Solve () {
Build (), Gauss ();
ans = 0;
_for (i, 0, k + 1) {
ll prod = 1;
_for (j, 1, w) prod = prod * (1 - FastPow (p[j], k - i + P - 1) + P) % P;
ans = (ans + a[i] * FastPow (n, i) % P * prod % P) % P;
}
return;
}
inline void Out () {
printf ("%lld\n", ans);
return;
}
}
本文作者:K8He
本文链接:https://www.cnblogs.com/K8He/p/mobius.html
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