【数学】Euler函数

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质因数分解法求Euler函数
线性筛法求Euler函数

Euler函数的定义：小于等于n的与n互质的正整数的个数，或者小于n的与n互质的自然数的个数。这两个结果都是指向 $gcd(0,1)=1$ 也就是说 $\varphi(1)=1$ 。

$\varphi(p)=p-1$
$\varphi(p^k)=p^k-p^{k-1}=p^{k-1}(p-1)$ 就是 $p^k$ 里面去除掉所有的 $p$ 的倍数。
合数的情况使用积性函数的性质求出，或者用 $\varphi(n)=n\prod\limits_{t=1} (1-\frac{1}{p_t})$ 也就是n乘以1-每种质数的倒数。

事实上，设 $n=\prod\limits_{t=1}p_t^{k_t}$ ，则 $\varphi(n)=\prod\limits_{t=1}\varphi(p_t^{k_t})=\prod\limits_{t=1} p_t^{k_t} \frac{p_t-1}{p_t}=n\prod\limits_{t=1}\frac{p_t-1}{p_t}$

Euler函数可以用来给Fermat小定理升级成Euler定理

若 $gcd(a,m)=1$ ，则 $a^{\varphi(m)} \equiv 1 (mod m)$ 。

Euler函数是积性函数。

Dirichlet卷积

$n=\sum_{d|n}\varphi(d)$

也就是每个数=它所有因子的Euler函数之和。

注意积性函数的Dirichlet卷积也是积性函数，同时，Dirichlet卷积是积性函数的函数自己也是积性函数。

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质因数分解法求Euler函数

copyconst int MAXN = 1e6 + 10;
int p[MAXN], ptop;
int pm[MAXN];

void sieve(int n) {
    pm[1] = 1;
    for(int i = 2; i <= n; ++i) {
        if(!pm[i])
            p[++ptop] = i, pm[i] = i;
        for(int j = 1; j <= ptop; ++j) {
            int t = i * p[j];
            if(t > n)
                break;
            pm[t] = p[j];
            if(i % p[j])
                ;
            else
                break;
        }
    }
}

int phi(int n) {
    int res = n;
    for(int i = 1; p[i]*p[i] <= n; ++i) {
        if(n % p[i] == 0) {
            res = res / p[i] * (p[i] - 1);
            while(n % p[i] == 0)
                n /= p[i];
        }
    }
    if(n > 1)
        res = res / n * (n - 1);
    return res;
}

时间复杂度为 $O(\sqrt{n})$ 预处理质数，然后 $O(\frac{\sqrt{n}}{\log n})$ 单次求解Euler函数。

无论如何都要先筛质数，省掉这个log。

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线性筛法求Euler函数

copyconst int MAXN = 1e6 + 10;
int p[MAXN], ptop;
int pm[MAXN], pk[MAXN], phi[MAXN];

void sieve(int n) {
    memset(pm, 0, sizeof(pm[0]) * (n + 1));
    ptop = 0, pm[1] = 1, pk[1] = 1, phi[1] = 1;
    for(int i = 2; i <= n; ++i) {
        if(!pm[i]) {
            p[++ptop] = i, pm[i] = i;
            pk[i] = i, phi[i] = i - 1;
        }
        for(int j = 1, t; j <= ptop && (t = i * p[j]) <= n; ++j) {
            pm[t] = p[j];
            if(i % p[j]) {
                pk[t] = pk[p[j]];
                phi[t] = phi[i] * phi[p[j]];
            } else {
                pk[t] = pk[i] * p[j];
                phi[t] = (pk[t] == t) ? t - t / p[j] : phi[t / pk[t]] * phi[pk[t]];
                break;
            }
        }
    }
}