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【CQOI2017】小Q的表格(数论,分块)

时间:2022-10-28 20:45:12浏览次数:49  
标签:frac 表格 分块 cdot sum mu int CQOI2017 aligned

题意:

有一个无限大的整数表格 \(f\) 满足以下两条法则:

  • \(f(a,b)=f(b,a)\)。
  • \(b\times f(a,a+b)=(a+b)\times f(a,b)\)。

初始时 \(f(a,b)=a\times b\)。有 \(m\) 次修改,每次修改会改变某个位置,并将所有此次修改会影响到的所有位置按照法则重置一遍。每次修改完还会询问你前 \(k\) 行前 \(k\) 列里所有数的和对 \(10^9+7\) 取模的结果(\(k\) 不固定)。

\(m\leq 10^4\),修改位置行数、列数和 \(k\) 均不超过 \(4\times 10^6\)。

题解:

找性质的方向和感觉还是不太对,推了半天看题解才反应过来那两条法则实际上在讲什么……

我们先将第二条法则移项得到 \(\frac{f(a,a+b)}{a+b}=\frac{f(a,b)}{b}\to \frac{f(a,b)}{b}=\frac{f(a,b-a)}{b-a}\),同时再结合第一条法则得到 \(\frac{f(a,b)}{a}=\frac{f(a-b,a)}{a-b}\)。二者结合一下,得到 \(\frac{f(a,b)}{ab}=\frac{f(a,b-a)}{a(b-a)}=\frac{f(a-b,a)}{(a-b)a}\),类似一个辗转相除的过程,最后得到:

\[\begin{aligned} \frac{f(a,b)}{ab}&=\frac{f(d,d)}{d^2}\\ f(d\cdot a,d\cdot b)&=ab\cdot f(d,d)&[\gcd(a,b)=1] \end{aligned} \]

也就是说,本质上是所有的 \(f(d,d)\) 确定了所有的 \(f(a,b)\),而一次修改相当于修改了一次 \(f(d,d)\)。

答案即为:

\[\begin{aligned} &\sum_{d=1}^kf(d,d)\sum_{a=1}^{\lfloor k/d\rfloor}\sum_{b=1}^{\lfloor k/d\rfloor}ab[(a,b)=1]\\ \end{aligned} \]

考虑先求出 \(g(n)=\sum_{a=1}^{n}\sum_{b=1}^nab[(a,b)=1]\),这是与 \(f\) 无关的,可以提前预处理出来:

\[\begin{aligned} g(n)&=g(n-1)-[n=1]+2\sum_{i=1}^n ni[(n,i)=1]\\ &=g(n-1)-[n=1]+2n\sum_{i=1}^n i\sum_{j|n,j|i}\mu(j)\\ &=g(n-1)-[n=1]+2n\sum_{j|n}\mu(j)\sum_{i=1}^{\lfloor n/j\rfloor}ij\\ &=g(n-1)-[n=1]+2n\sum_{j|n}\mu(j)\cdot j \cdot S(\lfloor n/j\rfloor) \end{aligned} \]

注意到使 \(\mu(j)\neq 0\) 的 \(j\) 的取值只有 \(2^{\omega(n)}\) 种(其中 \(\omega(n)\) 表示 \(n\) 的不同质因子个数),而由于 \(2^{\omega(n)}\leq d(n)\),所以 \(\sum_{i=1}^n 2^{\omega(i)}\leq \sum_{i=1}^nd(n)=O(n\log n)\)。进一步地,发现当 \(n=10^6\) 时 \(\sum_{i=1}^n2^{\omega(i)}\) 约为 \(8\times 10^6\),所以递推时只要暴力枚举每个 \(j\) 即可。


看完题解后发现我们还能进一步简化 \(g(n)\):

\[\begin{aligned} g(n)&=g(n-1)-[n=1]+2n\sum_{j|n}\mu(j)\cdot j \cdot S(\lfloor n/j\rfloor)\\ &=g(n-1)-[n=1]+2n\sum_{j|n}\mu(j)\cdot j\cdot S(n/j)\\ &=g(n-1)-[n=1]+n\sum_{j|n}\mu(j)\cdot j\cdot \frac{n}{j}\cdot \left(\frac{n}{j}+1\right)\\ &=g(n-1)-[n=1]+n^2\sum_{j|n}\mu(j)\left(\frac{n}{j}+1\right)\\ &=g(n-1)+n^2\sum_{j|n}\mu(j)\frac{n}{j}\\ &=g(n-1)+n^2\varphi(n) \end{aligned} \]

于是现在的递推时严格 \(O(k)\) 的了。


于是我们求出了所有的 \(g(n)\),现在考虑怎么求答案。

如果我们能做到快速求 \(f(d,d)\) 的前缀和的话,单次询问可以整除分块做到 \(O(\sqrt k)\),足以通过。

现在的问题是处理 \(f\),我们需要 \(O(m)\) 次单点修改 \(f\),\(O(m\sqrt k)\) 次询问 \(f\) 的前缀和。

为了均衡时间复杂度,我们考虑分块,这样可以做到 \(O(\sqrt k)\) 单点修改,\(O(1)\) 前缀查询。总时间复杂度 \(O(k+m\sqrt k)\)。

#include<bits/stdc++.h>

#define SN 2010
#define N 4000010
#define ll long long

using namespace std;

namespace modular
{
	const int mod=1000000007;
	inline int add(int x,int y){return x+y>=mod?x+y-mod:x+y;}
	inline int dec(int x,int y){return x-y<0?x-y+mod:x-y;}
	inline int mul(int x,int y){return 1ll*x*y%mod;}
	inline void Add(int &x,int y){x=x+y>=mod?x+y-mod:x+y;}
	inline void Dec(int &x,int y){x=x-y<0?x-y+mod:x-y;}
	inline void Mul(int &x,int y){x=1ll*x*y%mod;}
}using namespace modular;

inline int poww(int a,int b)
{
	int ans=1;
	while(b)
	{
		if(b&1) ans=mul(ans,a);
		a=mul(a,a);
		b>>=1;
	}
	return ans;
}

inline ll read()
{
	ll x=0;
	int f=1;
	char ch=getchar();
	while(ch<'0'||ch>'9')
	{
		if(ch=='-') f=-1;
		ch=getchar();
	}
	while(ch>='0'&&ch<='9')
	{
		x=(x<<1)+(x<<3)+(ch^'0');
		ch=getchar();
	}
	return x*f;
}

int m,n,f[N];
int len,B,bl[N],sumf[N],tag[SN];
int cnt,prime[N],phi[N],g[N];
bool notprime[N];

void init()
{
	phi[1]=1;
	for(int i=2;i<=n;i++)
	{
		if(!notprime[i])
		{
			prime[++cnt]=i;
			phi[i]=i-1;
		}
		for(int j=1,v;j<=cnt&&(v=i*prime[j])<=n;j++)
		{
			notprime[v]=1;
			if(!(i%prime[j]))
			{
				phi[v]=phi[i]*prime[j];
				break;
			}
			phi[v]=phi[i]*phi[prime[j]];
		}
	}
	for(int i=1;i<=n;i++)
		g[i]=add(g[i-1],mul(mul(i,i),phi[i]));
	len=sqrt(n);
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		bl[i]=(i-1)/len+1;
		sumf[i]=add(sumf[i-1],f[i]=mul(i,i));
	}
	B=bl[n];
}

int gcd(int a,int b)
{
	return b?gcd(b,a%b):a;
}

void update(int x,int y)
{
	int b=bl[x];
	for(int i=x,r=min(n,b*len);i<=r;i++) Add(sumf[i],y);
	for(int i=b+1;i<=B;i++) Add(tag[i],y);
}

int query(int l,int r)
{
	return dec(add(sumf[r],tag[bl[r]]),add(sumf[l-1],tag[bl[l-1]]));
}

int main()
{
	m=read(),n=read();
	init();
	while(m--)
	{
		int a=read(),b=read(),k;
		ll y=read();k=read();
		int d=gcd(a,b);
		int fd=(y/(a/d)/(b/d))%mod;
		update(d,dec(fd,f[d]));
		f[d]=fd;
		int ans=0;
		for(int l=1,r;l<=k;l=r+1)
		{
			r=k/(k/l);
			Add(ans,mul(query(l,r),g[k/l]));
		}
		printf("%d\n",ans);
	}
	return 0;
}

标签:frac,表格,分块,cdot,sum,mu,int,CQOI2017,aligned
From: https://www.cnblogs.com/ez-lcw/p/16837416.html

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