P4240 毒瘤之神的考验


Description

/(/mathcal{P}/text{ortal.}/)

Solution

首先想到要把 /(/varphi(ij)/) 拆开,这里有个公式

/[/varphi(ij)=/dfrac{/varphi(i)/varphi(j)/gcd(i,j)}{/varphi(/gcd(i,j))}
/]

考虑证明,有

/[/begin{aligned} /varphi(i)/varphi(j) &= i/prod/limits_{p|i,p/in /mathtt{prime}}/frac{p-1}{p}/cdot j /prod/limits_{p|j,p/in/mathtt{prime}}/frac{p-1}{p}// &= ij/prod/limits_{p|ij,p/in/mathtt{prime}}/frac{p-1}{p}/cdot /prod/limits_{p|/gcd(i,j),p/in/mathtt{prime}}/frac{p-1}{p} /end{aligned}
/]

也就是 /(i,j/) 的并加上 /(i,j/) 的交。 接下来进入推柿子环节

/[/begin{aligned} /sum/limits_{i=1}^{n}/sum/limits_{j=1}^{m} /varphi(ij) &= /sum/limits_{i=1}^{n}/sum/limits_{j=1}^{m} /frac{/varphi(i)/varphi(j)/gcd(i,j)}{/varphi(/gcd(i,j))} //&= /sum/limits_{d=1}^{n}/sum/limits_{i=1}^{n}/sum/limits_{j=1}^{m} /frac{/varphi(i)/varphi(j)d[/gcd(i,j)=d]}{/varphi(d)} //&= /sum/limits_{d=1}^{n}/frac{d}{/varphi(d)}/sum/limits_{i=1}^{n}/sum/limits_{j=1}^{m }/varphi(i)/varphi(j)[/gcd(i,j)=d] //&= /sum/limits_{d=1}^{n}/frac{d}{/varphi(d)}/sum_{t=1}^{n/d}/mu(t)/cdot /sum/limits_{i=1}^{n/(dt)}/sum/limits_{j=1}^{m/(dt)}/varphi(idt)/varphi(jdt) //&= /sum/limits_{k=1}^{n}/sum/limits_{d|k} /frac{d/cdot/mu(k/d)}{/varphi(d)} /sum/limits_{i=1}^{n/k }/varphi(ik)/sum/limits_{j=1}^{m/k }/varphi(jk) /end{aligned}
/]

记 /(/displaystyle f(k)=/sum/limits_{d|k} /frac{d/cdot/mu(k/d)}{/varphi(d)},g(k,n)=/sum/limits_{i=1}^{n}/varphi(ik)/),容易发现这两个函数都容易在调和级数的复杂度内预处理出来。然而 /(/mathcal O(nT)/) 仍然是不现实的。如果是 CF 我就直接上了

考虑怎么优化,还是将优化重点放在整除分块上

/[/sum_{i=1}^n/sum_{j=1}^m/varphi(ij)=/sum_{k=1}^nf(k)/cdot g(k,n/k)/cdot g(k,m/k)
/]

记 /(/displaystyle h(a,b,n)=/sum_{k=1}^nf(k)/cdot g(k,a)/cdot g(k,b)/),于是可以整除分块

/[/sum_{i=1}^n/sum_{j=1}^m/varphi(ij)=/sum_{n/l=n/r,/ m/l=m/r}h(n/r,m/r,r)-h(n/r,m/r,l-1)
/]

问题是,预处理 /(h/) 的复杂度是很高的,这里可以考虑 根号分治 —— 设定阈值 /(B/),将 /(a,b/leqslant B/) 的 /(h/) 预处理出来,不难发现这是 /(/mathcal O(nB^2)/) 的。当查询的时候,若 /(n/r/leqslant B/) 就直接 /(/mathcal O(1)/) 查询,否则有 /(r/leqslant n/B/),干脆不差分直接暴力算就是 /(/mathcal O(n/B)/) 的。

复杂度 /(/mathcal O/left(n/ln n+nB^2+/left(n^{1/2}+n/B/right)T/right)/).

块长可以用均值不等式来算,总复杂度算出来大概是 /(/mathcal O(6/cdot 10^7)/).

Code

# include <cstdio>
# include <cctype>
# define print(x,y) write(x), putchar(y)

template <class T>
inline T read(const T sample) {
    T x=0; char s; bool f=0;
    while(!isdigit(s=getchar())) f|=(s=='-');
    for(; isdigit(s); s=getchar()) x=(x<<1)+(x<<3)+(s^48);
    return f? -x: x;
}
template <class T>
inline void write(T x) {
    static int writ[50], w_tp=0;
    if(x<0) putchar('-'), x=-x;
    do writ[++w_tp]=x-x/10*10, x/=10; while(x);
    while(putchar(writ[w_tp--]^48), w_tp);
}

# include <vector>
# include <iostream>
using namespace std;

const int B = 20;
const int maxn = 1e5+5;
const int mod = 998244353;

int inv(int x,int y=mod-2,int r=1) {
    for(; y; y>>=1, x=1ll*x*x%mod)
        if(y&1) r=1ll*r*x%mod; return r;
}

bool is[maxn];
vector <int> g[maxn]; int h[B+1][B+1][maxn];
int phi[maxn], mu[maxn], pc, p[maxn], f[maxn];

int beelzebul(int n,int m) {
    int ans=0; if(n>m) swap(n,m);
    for(int i=1;i<=m/B+1;++i)
        ans = (ans+1ll*f[i]*g[i][n/i]%mod*g[i][m/i]%mod)%mod;
    for(int l=m/B+2, r; l<=n; l=r+1) {
        r = min(n, min(n/(n/l),m/(m/l)));
        ans = (0ll+ans+h[n/r][m/r][r]-h[n/r][m/r][l-1])%mod;
    }
    return (ans+mod)%mod;
}

int func(int i,int a,int b) {
    if(a>=g[i].size() || b>=g[i].size()) return 0;
    return 1ll*f[i]*g[i][a]%mod*g[i][b]%mod;
}

void sieve() {
    phi[1]=mu[1]=1;
    for(int i=2;i<=maxn-5;++i) {
        if(!is[i]) p[++pc]=i,
        mu[i]=-1, phi[i]=i-1;
        for(int j=1; j<=pc && i*p[j]<=maxn-5; ++j) {
            is[i*p[j]] = true, mu[i*p[j]]=-mu[i];
            if(i%p[j]==0) {
                phi[i*p[j]] = phi[i]*p[j];
                mu[i*p[j]]=0; break;
            } phi[i*p[j]] = phi[i]*(p[j]-1);
        }
    }
    for(int i=1;i<=maxn-5;++i) {
        const int coe = 1ll*i*inv(phi[i])%mod;
        g[i].emplace_back(0);
        for(int j=i;j<=maxn-5;j+=i)
            f[j] = (1ll*coe*mu[j/i]+f[j])%mod,
            g[i].emplace_back((g[i][j/i-1]+phi[j])%mod);
    }
    for(int a=1;a<=B;++a) for(int b=1;b<=B;++b) 
        for(int i=1;i<=maxn-5;++i) 
            h[a][b][i] = (h[a][b][i-1]+func(i,a,b))%mod;
}

int main() {
    sieve();
    for(int T=read(9); T; --T) {
        int n=read(9), m=read(9);
        print(beelzebul(n,m),'/n');
    }
    return 0;
}

原创文章,作者:kirin,如若转载,请注明出处:https://blog.ytso.com/tech/pnotes/271656.html

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