hdu 3388 Coprime 容斥原理 二分查找

Coprime

刚开始不知道用二分,因为没有发现序列单调不下降的性质;
留意二分查找需找到下界。
二分查找起点的右边界取m*n是不够的,实际查找到的结果可能远大于该值。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
/** Aug 27, 2015 9:25:32 PM
* PrjName:hdu3388
* @author Semprathlon
*/
import java.io.*;
import java.util.*;
public class Main {

/**
* @param args
*/
static Vector<Integer> v1=new Vector<Integer>();
static Vector<Integer> v2=new Vector<Integer>();
static HashSet<Integer> st=new HashSet<Integer>();
static Integer[] fac=new Integer[0];
static Vector<Integer> get_prime_factor(int n){
Vector<Integer> res=new Vector<Integer>();
res.clear();
for(int i=2;i*i<=n;i++)
if (n%i==0){
res.add(i);
while(n%i==0)
n/=i;
}
if (n>1) res.add(n);
return res;
}
static long check(long n){
long res=0L;
int m=fac.length;
for(int i=1;i<(1L<<m);i++){
long tmp=1L;
boolean tag=false;
for(int j=0;j<m;j++)
if (((1L<<j)&i)>0L){
tmp*=fac[j].longValue();
tag^=true;
}
res+=tag?n/tmp:-n/tmp;
}
return n-res;
}
static long bisearch(long low,long high,long key){
long l=low,r=high,mid;
while(l<r){
mid=(l+r)>>1;
if (check(mid)>=key)
r=mid;
else
l=mid+1;
}
return l;
}
public static void main(String[] args) throws IOException{
// TODO Auto-generated method stub
InputReader in=new InputReader(System.in);
PrintWriter out=new PrintWriter(System.out);
int T=in.nextInt(),cas=0;
while(T-->0){
int m=in.nextInt();
int n=in.nextInt();
int k=in.nextInt();
v1=get_prime_factor(m);
v2=get_prime_factor(n);
st.clear();
for(Integer e:v1.toArray(new Integer[0]))
st.add(e);
for(Integer e:v2.toArray(new Integer[0]))
st.add(e);
fac=st.toArray(new Integer[0]);
out.println("Case "+(++cas)+": "+bisearch(1, 0x3f3f3f3f3f3f3f3fL, k));
}
out.flush();
out.close();
}

}

较为神奇的是,把以上代码的check()函数(实现容斥原理的计算)替换为以下实现后,效率大有提升。

1
2
3
4
5
6
static long check(long n,int low){
long sum=0L;
for(int i=low;i<fac.length;i++)
sum+=n/fac[i].longValue()-check(n/fac[i].longValue(),i+1);
return sum;
}

hdu 4059 The Boss on Mars 容斥原理 数列通项公式

The Boss on Mars

为了高效求出数列的项 $ a_i=\sum\limits^n_{i=1} i^4 $,不使用通项公式是无法实现的。
另外实际分解所得的质因数的种类并不多,无需浪费大量时间、空间筛选大质数。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
/** Aug 27, 2015 2:45:37 PM
* PrjName:hdu4059
* @author Semprathlon
*/
import java.io.*;
import java.util.*;
public class Main {
static PrintWriter out=new PrintWriter(System.out);
static int maxn=105;
static Vector<Integer> vec=new Vector<Integer>();
static Vector<Integer> get_prime_factor(int n){
Vector<Integer> res=new Vector<Integer>();
for(int i=2;i*i<=n;i++)
if (n%i==0){
res.add(i);
while(n%i==0)
n/=i;
}
if (n>1) res.add(n);
return res;
}
final static long mod=1000000007L;
static long pow(long n,long m,long mod){
long res=1L;
while(m>0L){
if ((m&1L)>0L) res=res*n%mod;
n=n*n%mod;
m>>=1;
}
return res;
}
static long div(long a,long b,long mod){
return a*pow(b,mod-2,mod)%mod;
}
static long sum(int n,long mod){
long res=n;
res*=2*n+1;res%=mod;
res*=n+1;res%=mod;
res*=(3L*n*n+3*n-1)%mod;res%=mod;
return div(res,30,mod);
}
static long solve(Vector<Integer> vec,int n){
long res=0L;
int m=vec.size();
for(int i=1;i<(1L<<m);i++){
boolean tag=false;
int tmp=1;
for(int j=0;j<m;j++)
if (((1L<<j)&i)>0){
tmp*=vec.get(j);
tmp%=mod;
tag^=true;
}
res=res+(tag?1:-1)*(pow(tmp,4,mod)*sum(n/tmp,mod)%mod);
res%=mod;
}
return res;
}
public static void main(String[] args) throws IOException{
// TODO Auto-generated method stub
InputReader in=new InputReader(System.in);
int T=in.nextInt();
while(T-->0){
int n=in.nextInt();
Vector<Integer> v=get_prime_factor(n);
out.println((sum(n,mod)-solve(v,n)+mod)%mod);
}
out.flush();
out.close();
}

}

另有一个未知的通过矩阵快速幂计算该数列项的方法(求以下矩阵的n次方)。

1 1 4 6 4 1
0 1 4 6 4 1
0 0 1 3 3 1
0 0 0 1 2 1
0 0 0 0 1 1
0 0 0 0 0 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
void init()  
{
int i,j;
//构造矩阵
ONE.mat[1][1]=1;ONE.mat[1][2]=1;ONE.mat[1][3]=4;
ONE.mat[1][4]=6;ONE.mat[1][5]=4;ONE.mat[1][6]=1;
ONE.mat[2][1]=0;ONE.mat[2][2]=1;ONE.mat[2][3]=4;
ONE.mat[2][4]=6;ONE.mat[2][5]=4;ONE.mat[2][6]=1;
ONE.mat[3][1]=0;ONE.mat[3][2]=0;ONE.mat[3][3]=1;
ONE.mat[3][4]=3;ONE.mat[3][5]=3;ONE.mat[3][6]=1;
ONE.mat[4][4]=1;ONE.mat[4][5]=2;ONE.mat[4][6]=1;
ONE.mat[5][4]=0;ONE.mat[5][5]=1;ONE.mat[5][6]=1;
ONE.mat[6][6]=1;
yu[0]=0;
yu[1]=1;
LL x;
for(i=2;i<maxn;i++)//预处理1~200W的sum[x]
{
x=i%MOD;
x=x*i;
x=x%MOD;
x=x*i;
x=x%MOD;
x=x*i;
x=x%MOD;
yu[i]=yu[i-1]+x;
yu[i]=yu[i]%MOD;
}
AA[1]=ONE;
for(i=2;i<30;i++)AA[i]=AA[i-1]*AA[i-1];
}

最后以这种方式取得计算结果(再乘上以下矩阵):

1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
matrix A;  
LL kan(LL x)//求sum[x]
{
if(x<maxn)return yu[x];
matrix OP;
for(int i=1;i<=6;i++)OP.mat[i][1]=1;
A=powmul(ONE,x-1);
OP=A*OP;
return OP.mat[1][1];
}

hdu 4135 Co-prime 容斥原理

hdu 4135

具有教科书性质的容斥原理应用实例。
能不重复、不遗漏地选出所有合数,也就能得到质数。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
/** Aug 26, 2015 9:40:09 PM
* PrjName:hdu4135
* @author Semprathlon
*/
import java.io.*;
import java.util.*;
public class Main {
static int maxn=1001;
static int[] pri,fstp;
static Vector<Integer> vec=new Vector<Integer>();
static void get_prime(){
pri=new int[maxn];
fstp=new int[maxn];
for(int i=2;i<maxn;i++){
if (fstp[i]==0){
pri[++pri[0]]=i;
}
for(int j=1;j<=pri[0]&&i*pri[j]<maxn;j++){
int k=i*pri[j];
fstp[k]=pri[j];
if (i%pri[j]==0)
break;
}
}
}
static Vector<Integer> get_prime_factor(int n){
Vector<Integer> res=new Vector<Integer>();
res.clear();
for(int i=1;i<=pri[0]&&pri[i]*pri[i]<=n;i++)
if (n%pri[i]==0){
res.add(pri[i]);
while(n%pri[i]==0)
n/=pri[i];
}
if (n>1) res.add(n);
return res;
}
static long solve(long n,Vector<Integer> vec){
long res=0L;
final int m=vec.size();
for(long i=1L;i<(1L<<m);i++){
boolean tag=false;
long tmp=1L;
for(int j=0;j<m;j++)
if (((1L<<j)&i)>0){
tag^=true;
tmp*=vec.get(j).longValue();
}
res+=tag?n/tmp:-n/tmp;
}
return n-res;
}
public static void main(String[] args) throws IOException{
// TODO Auto-generated method stub
get_prime();
InputReader in=new InputReader(System.in);
PrintWriter out=new PrintWriter(System.out);
int T=in.nextInt(),cas=0;
while(T-->0){
long a=in.nextLong();
long b=in.nextLong();
int n=in.nextInt();
vec=get_prime_factor(n);
out.println("Case #"+(++cas)+": "+(solve(b,vec)-solve(a-1,vec)));
}
out.flush();
out.close();
}
}