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##AcWing 890. 能被整除的数

一、题目描述

给定一个整数 nm 个不同的质数 p_1,p_2,…,p_m

请你求出 1n 中能被 p_1,p_2,…,p_m 中的 至少一个数整除的整数 有多少个。

输入格式 第一行包含整数 nm

第二行包含 m 个质数。

输出格式 输出一个整数,表示满足条件的整数的个数。

数据范围 1≤m≤16,1≤n,p_i≤10^9

输入样例:

10 2
2 3

输出样例:

7

二、理论知识

韦恩图(又称文氏图)

1两个圆相交求面积

\large S=S_1+S_2-S_1\cap S_2

2三个圆相交求面积

\large S=S_1+S_2+S_3- S_1\cap S_2 -S_2\cap S_3 - S_1\cap S_3 + S_1\cap S_2 \cap S_3

3四个圆相交求面积

\large S=S_1+S_2 + S_3 + S_4  -S_1\cap S_2 -S_1\cap S_3 -S_1\cap S_4 - S_2\cap S_3 -S_2\cap S_4 -S_3\cap S_4 + S_1\cap S_2 \cap S_3 + S_1\cap S_2 \cap S_4+ S_2\cap S_3 \cap S_4 ++ S_1\cap S_3 \cap S_4 - S_1 \cap S_2 \cap S_3 \cap S_4

上面,我们是用面积来考虑的问题,所以等式左边写的是S,也可以用集合来考虑,以3个圆为例,那就是 |S_1 \cup S_2 \cup S_3| =|S_1|+|S_2|+|S_3|- |S_1\cap S_2| -|S_2\cap S_3| - |S_1\cap S_3| + |S_1\cap S_2 \cap S_3|

其中||代表集合中的元素个数

4规律总结

上面的求解过程,其实是在求 C_n^1 - C_n^2+ ... + {(-1)}^{n-1}C_n^n 也就理解为从n个选择1个减去从n中选择2个,加上从n中选择3个,减去从n中减去4个...,也可以记为奇数个元素的集合是加,偶数个的(指相交)的集合是减。

5经典例题

容斥原理有个经典题目:一个班每个人都有自己喜欢的科目:

  • 20人喜欢数学,10人喜欢语文,11人喜欢英语;
  • 3人同时喜欢数学语文,3人同时喜欢语文英语,4人同时喜欢数学英语
  • 2人都喜欢 问全班有多少人?

根据容斥原理,就是\large S=S_1+S_2+S_3- S_1\cap S_2 -S_2\cap S_3 - S_1\cap S_3 + S_1\cap S_2 \cap S_3

班级人数=20+10+11-3-3-4+2=33

三、本题思路

数学表达式 比如三个质数是235S_2代表2的倍数集合,S_3代表3的倍数集合,S_5代表5的倍数集合,至少能被其中一个质数整除的总个数就是:

|S_2 \cup S_3 \cup S_5| = |S_2| + |S_3| +|S_5| -|S_2 \cap S_3| -|S_3 \cap S_5| -|S_2 \cap S_5|+|S_2 \cap S_3 \cap S_5|

解释:上面表示式中|S_2|代表的是: 2的倍数集合的数字个数

  • Q1:如何计算|S_p|这样的表达式数值? |S_p|:计算小于等于n中能整除掉p的数字个数 \huge \lfloor \frac{n}{p} \rfloor,C++默认就是下取整,不用再特殊处理。

  • Q2:如何计算|S_2 \cap S_3|这样的表达式值? 题目给定的p_i都是质数,所以能被2整除,也能被3整除的数,肯定是能被6整除的数,所以就是 |S_6|=|S_2 \cap S_3|,这样,问题就转化成了问题|S_p|,也就会求解了!

  • Q3:怎么把这些子项目都罗列出来? 其实罗列的是p[i]的所有组合方式!举个栗子: \{2\},\{3\},\{5\},\{2,3\},\{3,5\},\{2,5\},\{2,3,5\}7种,也就是2^3-1=7种。

常用技巧:二进制数位枚举 QQ截图20210308155806.png

举个栗子:

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;
#define int long long
#define endl "\n"

int n, m;      // n:质数个数m:1~m的数字中有多少个可以被质数序列中至少一个整数整除。
               // 注意代码里的n,m与模板题目中的含义相反一定要注意!!!!!!!!!!!!
vector<int> p; // 质数数组

signed main() {
    cin >> m >> n; // 与m互质,n个质数

    // 读入n个质数,为了使用vector<int>,读入时确实不太方便
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        int x;
        cin >> x;
        p.push_back(x);
    }

    // ① 枚举从1到 2^n-1,每个数字,代表一种状态,每个状态代表一种质数的挑选办法
    // 当然这些整数值的乘积可能大于n,大于的没用只要小于等于n的
    int s = 0;
    for (int i = 1; i < 1 << p.size(); i++) {
        int t = 1, cnt = 0; // 累乘积,质因子个数
        // ② 在对应的整数值确定后,枚举此数值的每一个数位
        for (int j = 0; j < p.size(); j++)
            if (i >> j & 1) {       // ③判断当前数位是不是1,是1表示当前数位选中
                if (t * p[j] > m) { // 乘积不能超过最大值m控制在[1~m]范围内
                    t = 0;          // s=0代表本次挑选的组合失败无效
                    break;          // 由于i是由小到大遍历的前面的都无效了后面的肯定更大更无效不用继续了
                }
                cnt++;     // 选择的质因子个数
                t *= p[j]; // 累乘积
            }
        if (t) {            // 超过范围的s=0,所以,现在代表只讨论在范围内的
            if (cnt & 1)    // 质数因子数量,奇数加
                s += m / t; // 引理内容代表m里面有多少个这个数字s的倍数
            else            // 偶数减
                s -= m / t;
        }
    }
    cout << s << endl;
}