Problem b(BZOJ-2301/HAOI-2011)
Problem Description
对于给出的 n 个询问,每次求有多少个数对 (x,y) ,满足 a ≤ x ≤ b , c ≤ y ≤ d ,且 gcd(x,y) = k , gcd(x,y) 函数为 x 和 y 的最大公约数。
Input
第一行一个整数n,接下来n行每行五个整数,分别表示a、b、c、d、k
Output
共n行,每行一个整数表示满足要求的数对(x,y)的个数
Sample Input
2
2 5 1 5 1
1 5 1 5 2Sample Output
14
3
思路:
与 GCD(HDU-1695) 相似,但 x、y 不是从 1 开始,因此需要使用容斥原理来进行处理
题目实质是要求:
利用容斥定理来进行转换,设
那么有:
因此,现在只需要考虑计算 即可
设 f(d) 为满足 gcd(i,j)=d 的个数,即:
设 g(n) 为满足 gcd(i,j)=d 的倍数的个数,即:
可以看出,f(d) 与 g(n) 符合莫比乌斯反演的形式:
那么,对于 进行化简
将 f(k) 代入,有:
根据莫比乌斯反演,有:
设枚举项 为 t
那么有
为了优化时间,可以将 的 k 提出去,即有:
此时的复杂度为 O(n),由于是多组查询,发现式子中有整除,利用整除分块求 mu 的前缀和,进行优化即可
Source Program
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstdlib>
#include<string>
#include<cstring>
#include<cmath>
#include<ctime>
#include<algorithm>
#include<utility>
#include<stack>
#include<queue>
#include<vector>
#include<set>
#include<map>
#include<bitset>
#define EPS 1e-9
#define PI acos(-1.0)
#define INF 0x3f3f3f3f
#define LL long long
#define Pair pair<int,int>
const int MOD = 1E9+7;
const int N = 100000+5;
const int dx[] = {1,-1,0,0,-1,-1,1,1};
const int dy[] = {0,0,-1,1,-1,1,-1,1};
using namespace std;
int mu[N];
int prime[N];
bool bprime[N];
int cnt;
LL sum[N];
void getMu(int n){//线性筛求莫比乌斯函数
cnt=0;
mu[1]=1;//根据定义,μ(1)=1
memset(bprime,false,sizeof(bprime));
for(int i=2;i<=n;i++){//求2~n的莫比乌斯函数
if(!bprime[i]){
prime[++cnt]=i;//存储质数
mu[i]=-1;//i为质数时,μ(1)=-1
}
for(int j=1;j<=cnt&&i*prime[j]<=n;j++){//枚举i之前的素数个数
bprime[i*prime[j]]=true;//不是质数
if(i%prime[j])//i不是prime[j]的整数倍时,i*prime[j]就不会包含相同质因子
mu[i*prime[j]]=-mu[i];//mu[k]=mu[i]*mu[prime[j]],因为prime[j]是质数,mu值为-1
else{
mu[i*prime[j]]=0;
break;//留到后面再筛
}
}
}
for(int i=1;i<=n;i++)
sum[i]=sum[i-1]+mu[i];
}
LL cal(LL n,LL m,LL k){//计算a在[1,n],b在[1,m]中GCD(a,b)=1的个数
n/=k;
m/=k;
LL minn=min(n,m);
LL res=0;
for(int left=1,right;left<=minn;left=right+1){
right=min(n/(n/left),m/(m/left));
res+=(1LL)*(n/left)*(m/left)*(sum[right]-sum[left-1]);
}
return res;
}
int main(){
getMu(100000);
int t;
scanf("%d",&t);
int Case=1;
while(t--){
int a,b,c,d,k;
scanf("%d%d%d%d%d",&a,&b,&c,&d,&k);
LL res=cal(b,d,k)-cal(a-1,d,k)-cal(c-1,b,k)+cal(a-1,c-1,k);
printf("%lld\n",res);
}
return 0;
}

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