diff --git a/TangDou/Topic/莫比乌斯函数.md b/TangDou/Topic/莫比乌斯函数.md index 1981e8e..fb579af 100644 --- a/TangDou/Topic/莫比乌斯函数.md +++ b/TangDou/Topic/莫比乌斯函数.md @@ -113,3 +113,185 @@ void get_mobius2(LL n) { } ``` +#### 6、性质 +然后就谈谈它的两条性质: +![](https://dsideal.obs.cn-north-1.myhuaweicloud.com/HuangHai/BlogImages/202312151706885.png) + +该图意为$n$的所有因子的莫比乌斯值的和只有在$n=1$时成立为$1$,其余通通为$0$; + +对这个性质的证明: + +首先我们可以把$n$分解为很多个质数相乘(此时质数的幂不一定为$1$): +令 $\large n=p_1^ {a_1}* p_2^ {a_2}* ... *p_k^{a_k}$ +因为这是对它们的莫比乌斯值的求和,这是求它所有约数的莫比乌斯值的和,就相当于在这么多的素数中依次选择一个两个三个......的质因子来相乘组成所有约数,但是根据莫比乌斯函数性质,包含有素数平方的约数不用计算,他对答案的贡献值为$0$,所以我们可以把$n$分解的质数的次数全部消除为$1$,只有当莫比乌斯值为$-1$或者$1$时才对结果有贡献.那么问题就单纯的变为在$k$个$n$的质因子中选$0$到$k$个值组成约数,再将这些约数的值相加: + +![](https://dsideal.obs.cn-north-1.myhuaweicloud.com/HuangHai/BlogImages/202312151710689.png) + +注意,这里的符号并不是全为加法,而是隔一个加隔一个减,这是因为莫比乌斯函数是积性函数,当选的数是奇数个时为值为负,反之为正,又因二项式定理,将$-1$和$1$带入,可以得到结果为$0$. + +这里的式子就很像容斥定理了,那我顺便记录一下我理解的一小部分容斥定理: + +![](https://dsideal.obs.cn-north-1.myhuaweicloud.com/HuangHai/BlogImages/202312151711376.png) + +举个例子就好理解了,当我们要计算这个图形的面积,我们可以先计算$A,B,C$三个图形的面积的和,计算完之后我们会发现多计算了重叠部分,那么在尝试减去每两个相交的的图形的面积,这样每两两相交的面积被减去后,我们会发现,第一次算三个大面积时计算了三次的最中间的那个面积,在第二次减去两两相交的面积是有被减去了三次,就相当于没有计算了,这里就要再次加上最中间的这个面积,也就得到了图形总面积.大概就是这样的意思,当你计算某种含有多种性质的集合的时候(每个集合中元素可能有很多种性质),就可以这样计算.(其实还不是太懂,在下面例题的时候会有运用,它和莫比乌斯函数值的分布非常像). + +(2)对任意正整数n +![](https://dsideal.obs.cn-north-1.myhuaweicloud.com/HuangHai/BlogImages/202312151712295.png) + +(ps:这条涉及莫比乌斯反演,还没学,学了再看) + +好了,这就是大致知识,我学完了这个还是不知道这东西到底有什么用,还是得靠实战: + + 例题:[完全平方数](https://www.luogu.com.cn/problem/P4318) + + 题意就是筛去完全平方数及其的倍数,然后输出第k个的值. + +我们要求这个,就想到把1到ki的所有完全平方数和他的倍数筛去,但是一看数据,1e9,线性筛必定t,那再去想办法进行计算,我们先把2的平方4的倍数计算出来,在1到ki中,有ki/4个4的倍数,我们再计算的16的倍数个数时候,会发现在计算4的倍数个数时候已经把16的倍数个数计算过了,这里就重复了,而假设已经计算了4和9的倍数个数,再去计算36的倍数个数就会发现计算了两次,那么就要减去36的倍数个数,这里就已经想到可以用容斥了.这里我们发现这里需要枚举质数的平方的次数,且奇数偶数符号不相同,就会想到莫比乌斯函数.它计算枚举的边界是i*i<=n;我们再用n减去计算的出来的从2开始的到ki的完全平方数的个数即为所求: + +![](https://dsideal.obs.cn-north-1.myhuaweicloud.com/HuangHai/BlogImages/202312151714471.png) + +当求出来之后,我们就可以用二分来求此时的值: + +```cpp {.line-numbers} +#include +#define ll long long +using namespace std; +int vis[40560],mo[40560],p[4253],n; +void init() +{ + int tot=0,k; + mo[1]=1; + for(int i=2;i<=40559;i++) + { + if(vis[i]==0) + { + p[++tot]=i; + mo[i]=-1; + } + for(int j=1;j<=tot&&(k=i*p[j])<=40559;j++) + { + vis[k]=1; + if(i%p[j]!=0)mo[k]=-mo[i]; + else + { + mo[k]=0; + break; + } + } + } +} +bool judge(int x) +{ + ll ans=0;int i; + for(int i=1;i*i<=x;i++) + { + ans+=mo[i]*(x/(i*i)); + } + if(ans>=n)return true; + else return false; +} +int main() +{ + int t; + ll l,r,mid; + init(); + scanf("%d",&t); + while(t--) + { + scanf("%d",&n); + l=n,r=1644934082; + while(l>1; + if(judge(mid)) + r=mid; + else l=mid+1; + } + printf("%lld\n",r); + } + return 0; +} +``` + +例题:数字染色 +题目意思: + +给一个数组,在其中选数,看可以最多选出多少个gcd(最大公约数)>1的集合. + +要求gcd>1,那我们就把他们的约数全部求出来,记录在一个si数组里(下标为这个约数的值,里面储存它作为约数被数组中的数用了多少次).然后我们遍历这个si数组,把每个约数可能组成的约数次数算出来,例如假设2作为约数被数组中的数被总共用了2次,那么它所有可以组成的约数就是1,2,4,也就是2^2-1种组合.而当我们选择计算了2的所有可以组成的公约数,3所有的可以组成的公约数,那么当我们计算6时,就会发现6已经被2和3计算过了,很好,容斥定理,用莫比乌斯函数作为系数求(2^n-1)的和,但是还有一个问题,当选择的是奇数个质数来计算个数时,应该加上,而莫比乌斯函数值为-1,而选偶数个时应该减去,所以在求莫比乌斯值时我们可以取个反,最终我们要求的式子就是: + +![](https://dsideal.obs.cn-north-1.myhuaweicloud.com/HuangHai/BlogImages/202312151715378.png) + +```cpp {.line-numbers} +#include +#define ll long long +using namespace std; +ll a[200005],vis[200005],p[200005],mo[200005]; +ll si[200005]; +const ll mod=1e9+7; +void init() +{ + ll tot=0,k; + mo[1]=1; + for(int i=2;i<=200005;i++) + { + if(vis[i]==0) + { + p[++tot]=i; + mo[i]=1; + } + for(int j=1;j<=tot&&(k=i*p[j])<=200005;j++) + { + vis[k]=1; + if(i%p[j]==0) + { + mo[k]=0; + break; + } + else mo[k]=-mo[i]; + } + } +} +ll qpow(ll pp,ll x) +{ + ll ans=1; + while(x) + { + if(x&1)ans=ans%mod*pp%mod; + pp=pp*pp%mod; + x>>=1; + } + return ans; +} +int main() +{ + ll n,ans=0; + init(); + scanf("%lld",&n); + for(int i=1;i<=n;i++) + { + scanf("%lld",&a[i]); + for(int j=1;j*j<=a[i];j++) + { + if(j*j==a[i]) + si[j]++; + else if(a[i]%j==0) + { + si[j]++; + si[a[i]/j]++; + } + } + } + for(int i=2;i<=200005;i++) + { + ans+=(mo[i]*(qpow(2,si[i])-1)%mod)%mod; + } + printf("%lld",(ans%mod+mod)%mod); + return 0; +} +``` + +ps:最后结果防止取模出负数要加上mod再取模. + +之后会继续学习莫比乌斯反演的,如果本蒟蒻有什么错误望大佬指正. \ No newline at end of file