P3327:「SDOI2015」约数个数和题解

主要思路和推导

这道题还是比较有意思的(啊呀看了好久的题解才会写,真菜),主要就是把\(d\)转换成了:

\[ d(xy) = \sum_{i|x}^x \sum_{j|y}^y [\gcd(i,j) = 1] \]

可以感性理解一下:每一次约数被枚举出来的时候,只有互质的情况下才会被计数,避免了重复计数。 Continue reading →

Codeforces 1106F:Lunar New Year and a Recursive Sequence 题解

主要思路

哇这道题还是很神仙的。

首先,有递推式:

\[ f_i = \left(\prod_{j = 1}^{k} f_{i – j}^{b_j}\right) \bmod p \]

题目会给出一个\(f_n=m\),且这个数列前面的项都是\(1\),可看作次数为\(0\)的常数项。我们会发现,对于\(f_j,j>k\),都可以写成\(f_k^{C}\),其中\(C\)是一个多项式。这个多项式可以通过线性递推得到:

\[ C_i = (\sum_{j = 1}^{k} b_jC_{i-j}) \mod (p-1) \]

看到数据范围,考虑用矩阵乘法在\(O(n^3 \log n)\)的时间内得到\(C_n\)。所以现在我们有:

\[ f_k^{C_k} \equiv m \;(mod \; p) \]

我们现在已知\(k,m,p,C_n\),我们现在要求\(f_k\)。考虑使用原根来搞。众所周知,998244353 的原根是 3。原根的幂可以填充整个模\(p\)剩余系,所以可以考虑把这个式子写成:

\[ (3^t)^{C_k} \equiv 3^s \;(mod \; p), \text{其中设}m = 3^s, f_k = 3^t \]

我们把离散对数搞下来,变成:

\[ t*C_k \equiv s \; (mod \; p-1) \]

这个用 BSGS 搞下就可以得出结果\(s\)。然后用 exgcd 算出同余方程的解(顺便判别有无解)。算出\(t\)之后快速幂一下输出。

代码

// CF1106F.cpp
#include <bits/stdc++.h>
#define ll long long
using namespace std;
// TODO: Make it fit to the matrix power;
const int MAX_MAT = 150, mod = 998244353;
int n, m, k, ki[MAX_MAT];
struct matrix
{
    ll mat[MAX_MAT][MAX_MAT];
    void basify()
    {
        for (int i = 1; i <= k; i++)
            mat[i][i] = 1;
    }
    ll *operator[](const int &id) { return mat[id]; }
    matrix operator*(const matrix &mt) const
    {
        matrix ans;
        memset(ans.mat, 0, sizeof(ans.mat));
        for (int i = 1; i <= k; i++)
            for (int j = 1; j <= k; j++)
                for (int mid = 1; mid <= k; mid++)
                    ans.mat[i][j] = (ans.mat[i][j] + mat[i][mid] * mt.mat[mid][j] % (mod - 1)) % (mod - 1);
        return ans;
    }
    matrix operator^(const int &tim) const
    {
        matrix ans, bas = *this;
        ans.basify();
        int ti = tim;
        while (ti)
        {
            if (ti & 1)
                ans = ans * bas;
            bas = bas * bas;
            ti >>= 1;
        }
        return ans;
    }
};
ll quick_pow(ll bas, ll tim)
{
    ll ans = 1;
    while (tim)
    {
        if (tim & 1)
            ans = ans * bas % mod;
        bas = bas * bas % mod;
        tim >>= 1;
    }
    return ans;
}
ll bsgs(ll a, ll y)
{
    if (a == 0 && y == 0)
        return 1;
    if (a == 0 && y != 0)
        return -1;
    map<ll, ll> hsh;
    ll u = ceil(sqrt(mod));
    for (int i = 0, x = 1; i <= u; i++, x = x * a % mod)
        hsh[y * x % mod] = i;
    ll unit = quick_pow(a, u);
    for (int i = 1, x = unit; i <= u; i++, x = x * unit % mod)
        if (hsh.count(x))
            return i * u - hsh[x];
    return -1;
}
ll exgcd(ll a, ll b, ll &x, ll &y)
{
    if (b == 0)
    {
        x = 1, y = 0;
        return a;
    }
    ll d = exgcd(b, a % b, x, y), z = x;
    x = y, y = z - (a / b) * y;
    return d;
}
ll gcd(ll a, ll b) { return (b == 0) ? a : gcd(b, a % b); }
ll solve(ll a, ll b, ll c)
{
    if (b == 0)
        return 0;
    ll d = gcd(a, b);
    a /= d, b /= d;
    if (gcd(a, c) != 1)
        return -1;
    ll res, tmp;
    exgcd(a, c, res, tmp);
    res = res * b % c;
    res = (res + c) % c;
    return res;
}
int main()
{
    scanf("%d", &k);
    for (int i = 1; i <= k; i++)
        scanf("%d", &ki[i]);
    scanf("%d%d", &n, &m);
    matrix B;
    for (int i = 1; i <= k; i++)
        B[1][i] = ki[i];
    for (int i = 2; i <= k; i++)
        B[i][i - 1] = 1;
    B = B ^ (n - k);
    ll res = B[1][1], s = bsgs(3, m), ans = solve(res, s, mod - 1);
    if (ans == -1)
        puts("-1");
    else
        printf("%lld", quick_pow(3, ans));
    return 0;
}

BZOJ2818:GCD 题解

思路

乍一看其实可以跟欧拉函数扯上关系。我们要求的是\(gcd(x,y) \in Prime, x, y \leq N\)的有序对个数。我们设那个质数为\(s\),则可以化为:

\[ x = sa, y = sb \\ gcd(a, b) = 1 \]

嗯,看到欧拉函数的影子了。对于每一个质数\(s\),它对答案的贡献是:

\[ 2 * \sum_{ 1 \leq i \leq \lfloor \frac{n}{s} \rfloor } \phi(i) – 1 \]

我来解释一下:因为\(x,y \leq n\),所以\(sa \leq n\),\(sb \leq n\),得:

\[ a,b \leq \frac{n}{s} \]

所以会有这么多对,考虑这个是有序对,所以乘上二,再删除掉\((i,i)\)这样的有序对重复即可得到答案。注意,可以用前缀和欧拉函数值来进行优化。

代码

// BZ2818.cpp
#include <bits/stdc++.h>
#define ll long long
using namespace std;
const int MAX_N = 10000005;
ll n, phi[MAX_N];
bool isPrime[MAX_N];
int main()
{
    //memset(isPrime, true, sizeof(isPrime));
    scanf("%lld", &n);
    for (int i = 2; i <= n; i++)
        phi[i] = i;
    for (int i = 2; i <= n; i++)
        if (!isPrime[i])
            for (int j = i; j <= n; j += i)
            {
                if (j != i)
                    isPrime[j] = true;
                phi[j] = phi[j] / i * (i - 1);
            }
    phi[1] = 1;
    for (int i = 2; i <= n; i++)
        phi[i] += phi[i - 1];
    long long ans = 0;
    for (int i = 2; i <= n; i++)
        if (!isPrime[i])
            ans += 2 * phi[n / i] - 1;
    printf("%lld", ans);
    return 0;
}

POJ2891:Strange Way to Express Integers 题解

思路

嗯,我这种数学菜鸡来写数学题的确很难过。

首先分析题意,明显的就是提供一些线性同余方程,然后求解。但是,与中国剩余定理不同的是,这道题不保证模数互质。

\[ x \equiv a_1 (mod\ m_1) \\ x \equiv a_2 (mod\ m_2) \\ x \equiv a_3 (mod\ m_3) \\ \dots \\ x \equiv a_i (mod\ m_i) \]

但是我们仍然可以用古老的扩展欧几里得算法来解这个问题,合并方程即可。

假设我们正在解第\(k\)个方程,设\(m=\prod_{i=1}^{k-1}\),\(x\)为满足\(1\)~\(k-1\)个方程的解。我们知道,\(tm+x\)为前\(k-1\)个方程的通解,那么我们只需要在这一轮求出\(k\)并更新答案即可,也就是解:

\[ tm_{k-1} + x_{k-1} \equiv a_k(mod\ m_k) \\ tm_{k-1} + m_k y \equiv a_k – x_{k-1}(mod\ m_k) \]

放进 \(exgcd\) 里面解下即可。

代码

// POJ2891.cpp
#include <bits/stdc++.h>
#define ll long long
using namespace std;
const int MAX_N = 1e6 + 200;
ll exgcd(ll a, ll b, ll &x, ll &y)
{
    if (b == 0)
    {
        x = 1, y = 0;
        return a;
    }
    ll d = exgcd(b, a % b, x, y), z = x;
    x = y, y = z - (a / b) * y;
    return d;
}
int main()
{
    ll n;
    while (~scanf("%lld", &n))
    {
        ll x, y, a, b, k;
        scanf("%lld%lld", &a, &b);
        ll lcm = a, ans = b;
        bool flag = true;
        n--;
        while (n--)
        {
            scanf("%lld%lld", &a, &b);
            b = (b - ans % a + a) % a;
            ll d = exgcd(lcm, a, x, y);
            if (b % d)
                flag = false;
            else
                k = x * (b / d);
            ans += k * lcm;
            lcm = lcm / d * a;
            ans = (ans % lcm + lcm) % lcm;
        }
        if (flag)
            printf("%lld\n", ans);
        else
            puts("-1");
    }
    return 0;
}

 

BZOJ1257:「CQOI2007」余数之和题解

神仙思路与证明

这道题可以将式子化简为:

\[ nk-\sum_{i=1}^{n} \lfloor \frac{k}{i} \rfloor * i \]

第一部分乘积即可,第二部分直觉告诉我们\(\lfloor \frac{k}{i} \rfloor\)在一段连续的\(i\)上会相等,也就是说,是分段的。每一段的和可以直接用等差数列来求就行。我们来探究一下段区间的左右端点。我们假设目标区间是\([i,?]\),那么这一段区间的值肯定就是\(\lfloor \frac{k}{i} \rfloor\),反求一下那么右端点就是\( \lfloor \frac{k}{\lfloor \frac{k}{i} \rfloor} \rfloor \)。可以证明右端点大于等于左端点。等差数列求和即可。

代码

// BZ1257.cpp
#include <bits/stdc++.h>
#define ll long long
using namespace std;
ll n, k;
int main()
{
    scanf("%lld%lld", &n, &k);
    ll ans = n * k, gx;
    for (int x = 1; x <= n; x = gx + 1)
    {
        gx = (k / x) ? min(k / (k / x), n) : n;
        // x ~ gx same;
        ans -= (k / x) * (gx - x + 1) * (gx + x) / 2;
    }
    printf("%lld", ans);
    return 0;
}