题意:

输入两个整数\(a,b(2 \leq a \leq b \leq 10^{10})\)
求莫比乌斯函数\(\mu (n)\)在区间\([a,b]\)之和,即\(\sum\limits_{i=a}^{b} \mu(i)\)

分析:

一个引理:\(n > 1\)时,有\(\sum\limits_{d|n} \mu(d) = 0\)成立。
证明

我们将\(n\)分解为\(n=\prod\limits_{i=1}^{k} p_{i}^{e_{i}}\),\(n\)一共有\(k\)个不同的素因子。
只考虑\(n\)的不含平方数的因子\(d=\prod\limits_{i=1}^{r} p_{i}^{e_{i}}\),它含有\(r\)个不同的素因子,根据莫比乌斯函数的定义有\(\mu(d)=(-1)^r\)。
\(\sum\limits_{d|n} \mu(d)=1-\binom{k}{1}+\binom{k}{2} \cdots +(-1)^k \binom{k}{k}=(1-1)^k=0\)
证毕。

设\(\mu(n)\)的前缀和为\(M(n)=\sum\limits_{i \leq n} \mu(i)\)。

那么有等式:

\(\sum\limits_{1 \leq k \leq n} M(\left \lfloor \frac{n}{k} \right \rfloor) = 1\)

成立。

证明
\(\sum\limits_{1 \leq k \leq n} M(\left \lfloor \frac{n}{k} \right \rfloor) = \sum\limits_{1 \leq k \leq n} \sum\limits_{1 \leq ik \leq n} \mu(i)=\sum\limits_{1 \leq j \leq n}\sum\limits_{i|j}\mu(\frac{j}{i})\)

当\(i\)取遍\(j\)的所有约数的时候,\(\frac{j}{i}\)同样取遍\(j\)的所有约数。

所以\(\sum\limits_{1 \leq j \leq n}\sum\limits_{i|j}\mu(\frac{j}{i})=\sum\limits_{1 \leq j \leq n}\sum\limits_{i|j}\mu(i)\)

根据上面的引理,对于\(2 \leq j \leq n\),\(\sum\limits_{i|j}\mu(i)=0\)。

所以\(\sum\limits_{1 \leq j \leq n}\sum\limits_{i|j}\mu(i)=\mu(1)=1\)

我们可以根据这个式子递归计算\(M(n)\)了。
具体代码实现的时候还有两点优化的地方:

  • \(M(\left \lfloor \frac{n}{k} \right \rfloor)\)值相同的\(k\)有多个,可以用区间分块加速。
  • 为了避免重复计算,可以用哈希来实现记忆化递归。
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <map>
using namespace std;typedef long long LL;const int maxn = 20000000;
const int MOD = 2333333;
const int maxp = 1300000;int pcnt, prime[maxp];
short mu[maxn];
bool vis[maxn];struct Hash
{long long key;int val, nxt;
};Hash slot[MOD];
int cnt, head[MOD];void preprocess() {mu[1] = 1;for(int i = 2; i < maxn; i++) {if(!vis[i]) {mu[i] = -1;prime[pcnt++] = i;}for(int j = 0; j < pcnt && i * prime[j] < maxn; j++) {vis[i * prime[j]] = true;if(i % prime[j] != 0) mu[i * prime[j]] = -mu[i];else {mu[i * prime[j]] = 0;break;}}}for(int i = 2; i < maxn; i++) mu[i] += mu[i-1];
}void insert(long long key, int val) {int ha = key % MOD;slot[++cnt].key = key;slot[cnt].val = val;slot[cnt].nxt = head[ha];head[ha] = cnt;
}int M(long long n) {if(n < maxn) return mu[n];int ha = n % MOD;for(int i = head[ha]; i; i = slot[i].nxt) {if(slot[i].key == n) return slot[i].val;}int ans = 0;for(LL i = 2, j; i <= n; i = j + 1) {j = n / (n / i);ans += (j - i + 1) * M(n / i);}ans = 1 - ans;insert(n, ans);return ans;
}int main()
{preprocess();long long a, b;while(cin >> a >> b) {printf("%d\n", M(b) - M(a-1));}return 0;
}

转载于:https://www.cnblogs.com/AOQNRMGYXLMV/p/4932537.html

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