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Note -「Min_25 筛」“你就说这素因子你要不要吧?你要不要?”

  赛上想写,Track Lost 了属于是。

\(\mathscr{Intro}\)

  Min_25 筛是用于求积性函数前缀和,同时顺带求出一些“有意思”的信息的筛法。

  一些记号约定

  • \(\mathbb P\) 为素数集,对于以 \(p\) 为记号的数,有 \(p\in\mathbb P\)
  • \(p_i\) 表示第 \(i\) 小的素数。特别地,\(p_0=1\)
  • \(\newcommand{\lpf}[0]{\operatorname{lpf}} \lpf(n)\) 表示 \(n\) 的最小素因子。
  • \(a/b=\lfloor\frac{a}{b}\rfloor\).

\(\mathscr{Algorithm}\)

  明确我们的目标:对于积性函数 \(f(n)\),求出

\[\sum_{i=1}^nf(i). \]

此后,我们用 \(m\) 来表示一般的求和上标,而 \(n\) 恒为问题中待求的前缀值。


  Min_25 筛分两步走。第一步:对于所有 \(x\in D=\{n/i\mid i\in[1,n]\}\),求出 \(\sum_{p\le x} f(p)\)

  这里需要运用 Min_25 筛的核心思想:首先承认所有合数为素数,然后逐步筛掉它们,修正得到正确答案。形式地,令 \(f_P(x)\) 表示 \(f(p)\) 处关于 \(p\) 的多项式,当然我们需要把 \(f_P(x)\) 的定义域从 \(\mathbb P\) 强行钦定为 \(\mathbb N^\star\);最后,定义 \(G(m,i)\)

\[G(m,i)=\sum_{j=2}^m[j\in\mathbb P\lor\lpf(j)>p_i]f_P(j). \]

它表示对于 \(2\sim m\),只用前 \(i\) 个素数做埃筛后,承认剩下的数都是素数,得到的 \(f\) 之和。可见我们的目标就是求出所有 \(G(x,\pi(\lfloor\sqrt{n}\rfloor))\)。尝试写出 \(G(m,i)\) 的递推式:

\[G(m,i)=G(m,i-1)-\sum_{j=2}^m[j\notin\mathbb P\land\lpf(j)=p_i]f_P(j). \]

如何优化掉和式?为了将和式转化成 \(G\) 的形式,自然的想法是令 \(j\leftarrow j/p_i\),那么此时就必须追加一个条件:\(f_P(x)\) 为完全积性函数。借此进一步转化:

\[G(m,i)=G(m,i-1)-f_P(p_i)\left[ G(m/p_i,j-1)-\sum_{j<i}f_P(p_j) \right]. \]

注意 \(j<i\le\pi(\lfloor\sqrt n\rfloor)\),所以 \(P(m)=\sum_{i=1}^mf_P(p_i)\) 可以直接预处理出来。复杂度待会儿说√

  可见,就算仅使用 Min_25 筛的第一步,也能解决一些问题。例如令 \(f(n)=1\),就能计算 \(\pi(n)\)


  第二步:对于所有 \(x\in D\),求出 \(\sum_{i=2}^xf(i)\)

  还是利用同样的思想,定义 \(F(m,i)\)

\[F(m,i)=\sum_{j=2}^m[j\in\mathbb P\lor \lpf(j)>p_i]f(j). \]

它表示素数以及所有被 \(p_{i+1..\pi(n)}\) 筛掉的合数的 \(f\) 之和,\(m\) 的最终答案即为 \(F(m,0)\)。类似与 \(G\) 的转移,不过由于 \(f\) 不一定完全积性,我们不得不枚举 \(p_i\) 的指数,有

\[F(m,i)=F(m,i+1)+\sum_{j\ge1,p_i^{j+1}\le m}f(p_i^j)\left[ F(m/p^j,i+1)-\sum_{j\le i}f_P(p_j) \right]+f(p_i^{j+1}). \]

注意 \(f(p_i)\) 早已计算过,所以和式的第二项从 \(f(p_i^2)\) 开始累加。

  这里还有一种两层和式的递推方式,据说会引出 \(\mathcal O(n^{1-\epsilon})\) 的递归求解算法。我不会证,而且我一写出来就是这种一层和式,你让我怎么硬生生再套一层,所以略过,抱歉 qwq。


  对于 \(F,G\) 的状态复杂度,有

\[\begin{aligned} T(n) &= \sum_{i=1}^{\sqrt n}\pi\left(\sqrt{n/i}\right)+\sum_{x=1}^{\sqrt n}\pi(i)\\ &= \sum_{i=1}^{\sqrt n}\mathcal O\left(\frac{\sqrt{n/i}}{\ln \sqrt{n/i}}\right)+\mathcal O\left(\frac{\sqrt i}{\ln \sqrt i}\right)\\ &= \mathcal O\left(\int_0^{\sqrt n} \frac{(n/x)^{\frac{1}{2}}}{\frac{1}{2}\ln(n/x)}\text dx\right)\\ &=\mathcal O\left(\int_0^{\sqrt n} \frac{(n/x)^{\frac{1}{2}}}{\frac{1}{4}\ln n}\text dx\right)\\ &= \mathcal O\left(\frac{n^{\frac{3}{4}}}{\ln n}\right). \end{aligned} \]

为了方便理解,\(\log\) 都确切地写作 \(\ln\) 啦。

  这里有个疑点,为什么 \(F\) 的递推形式转移不影响复杂度。没找到资料 qwq。

  UPD: 悟了,前常数个 \(j\) 直接放成 \(O\left(\frac{n^{\frac{3}{4}}}{\ln n}\right)\),直到后面的 \(j\) 全部放成 \(\ln\) 倍的某一复杂度都比不过,就能证了。

  对于空间复杂度,滚动 \(i\)\(F(m,i)\)\(G(m,i)\) 都只需要记录 \(\mathcal O(\sqrt n)\)\(n/i\) 的点值。

  注意:为保证复杂度,不能访问任何非法状态,否则退化成 \(\mathcal O(n^{1-\epsilon})\)


  UPD: 放个实例代码吧方便复习。Problem link.

/*+Rainybunny+*/

#include <bits/stdc++.h>

#define rep(i, l, r) for (int i = l, rep##i = r; i <= rep##i; ++i)
#define per(i, r, l) for (int i = r, per##i = l; i >= per##i; --i)

typedef long long LL;

const int MAXSN = 316228;
int pn, pr[MAXSN + 5];
bool npr[MAXSN + 5];

inline void init() {
    rep (i, 2, MAXSN) {
        if (!npr[i]) pr[++pn] = i;
        for (int j = 1, t; j <= pn && (t = i * pr[j]) <= MAXSN; ++j) {
            npr[t] = true;
            if (!(i % pr[j])) break;
        }
    }
}

LL n, sn, idx[MAXSN * 2 + 5];
LL f[MAXSN * 2 + 5], g[MAXSN * 2 + 5];

// #define getF(x) f[(x) <= sn ? (x) : sn + n / (x)]
inline LL& getF(const LL x) { return f[x <= sn ? x : sn + n / x]; }
// #define getG(x) g[(x) <= sn ? (x) : sn + n / (x)]
inline LL& getG(const LL x) { return g[x <= sn ? x : sn + n / x]; }

inline LL calc(const LL tn) {
    if (tn <= 1) return 0;
    ::n = tn, ::sn = sqrt(tn), idx[0] = 0;
    for (LL l = 1; l <= n; l = n / (n / l) + 1) idx[++idx[0]] = n / l;
    std::sort(idx + 1, idx + idx[0] + 1);

    rep (i, 1, idx[0]) getF(idx[i]) = idx[i] - 1;
    rep (i, 1, pn) {
        if (1ll * pr[i] * pr[i] > n) break;
        per (j, idx[0], 1) {
            if (1ll * pr[i] * pr[i] > idx[j]) break;
            getF(idx[j]) -= getF(idx[j] / pr[i]) - (i - 1);
        }
    }
    rep (i, 1, idx[0]) g[i] = 0;

    per (i, pn, 1) {
        per (j, idx[0], 1) {
            if (1ll * pr[i] * pr[i] > idx[j]) break;
            LL pw = pr[i], &cur = getG(idx[j]);
            for (int k = 1; pw * pr[i] <= idx[j]; ++k, pw *= pr[i]) {
                cur += getG(idx[j] / pw) + pr[i] * (getF(idx[j] / pw) - i + 1);
            }
        }
    }
    return getG(n);
}

int main() {
    init();
    LL l, r;
    scanf("%lld %lld", &l, &r);
    printf("%lld\n", calc(r) - calc(l - 1));
    return 0;
}

posted @ 2022-02-07 21:22  Rainybunny  阅读(97)  评论(0编辑  收藏  举报