[P5172] Sum
のすたの“类欧几里得算法”第一题 sum
【题意】
给入\(n,r\),求\(\sum_{d=1}^n(-1)^{\lfloor d\sqrt r \rfloor}\)。
【分析】
只需要考虑所有\(d\)中,\(\lfloor d\sqrt r\rfloor\)为偶数的个数。显然\(\lfloor x\rfloor\)为偶数\(\leftrightarrow \lfloor x\rfloor=2\times\lfloor\frac{x}{2}\rfloor\)。 那么原式可以改写为:
\[
\sum_{d=1}^n 1-2\times(\lfloor d\sqrt r\rfloor\bmod 2)=\sum_{d=1}^n 1-2\times(\lfloor d\sqrt r\rfloor-2\times\lfloor\frac{d\sqrt r}{2}\rfloor)\\
=n-2\times\sum_{d=1}^n\lfloor d\sqrt r\rfloor+4\times\sum_{d=1}^n\lfloor\frac{d\sqrt r}{2}\rfloor
\]
不妨设\(f(a,b,c,n)=\sum_{d=1}^n\lfloor d\times\frac{a\sqrt r+b}{c}\rfloor\),那么原式即为
\[
n-2\times f(1,0,1,n)+4\times f(1,0,2,n)
\]
考虑关于\(f(a,b,c,n)\)的算法,(开始扣题了),设\(k=\frac{a\sqrt r +b}{c}\)。
当\(k\ge1\)时,\(k\)可以拆为一个正数+小于1的非负实数,即
\[
f(a,b,c,n)=\sum_{d=1}^n \lfloor d\times k\rfloor=\sum_{d=1}^n d\times\lfloor k\rfloor+\lfloor d\times(k-\lfloor k\rfloor)\rfloor\\
=\frac{n(n+1)}{2}\lfloor k\rfloor+\sum_{d=1}^n\lfloor d\times\frac{a\sqrt r+b-\lfloor k\rfloor\times c}{c}\rfloor\\
=\frac{n(n+1)}{2}\lfloor k\rfloor+f(a,b-\lfloor k\rfloor\times c,c,n)
\]
当\(k<1\)时,(比如上面递归的那层),可以看作是满足
\[
\begin{cases}
0<x\le n\\
0<y\le x\times k\\
x\in z\\
y\in z
\end{cases}
\]
的点数。考虑再矩形\((1,1)(n,\lfloor n\times k\rfloor)\)内容斥可得个数为\(n\times\lfloor n\times k\rfloor\) 减去左上三角的部分,而那部分可当作是\(y=x\times k,\ x\in[1,n]\)的反函数\(y=x\times \dfrac{1}{k}, x\in[1,\lfloor n\times k\rfloor]\)。
其中\(\dfrac{1}{k}=\dfrac{c}{a\sqrt r+b}=\dfrac{c(a\sqrt r-b)}{(a\sqrt r+b)(a\sqrt r-b)}=\dfrac{ac\sqrt r-bc}{a^2r-b^2}\)。
\[
f(a,b,c,n)=n\times\lfloor n\times k\rfloor-f(ac,-bc,a^2r-b^2,\lfloor n\times k\rfloor)
\]
可以发现,情况一二交替递归,且每轮的总的变化与欧几里得算法相似,故知其复杂度为\(\log\)级的。
难度海星。。
然而当\(r\)为完全平方数时需要单独算,大概会爆ll吧。。
#include <bits/stdc++.h> #define ll long long using namespace std; ll n,r; double x; ll f(ll a,ll b,ll c,ll n) { if(!n) return 0; ll d=__gcd(__gcd(a,b),c); a/=d, b/=d, c/=d; double k=(a*x+b)/c; if(k>=1) return n*(n+1)/2*(ll)(k)+f(a,b-(ll)(k)*c,c,n); else return n*(ll)(n*k)-f(a*c,-b*c,a*a*r-b*b,(ll)(n*k)); } int main() { int t; scanf("%d",&t); while(t--) { scanf("%lld%lld",&n,&r); x=sqrt(r); ll c=x; if(c*c==r) { if(c&1) printf("%lld\n",n-2*((n+1)/2)); else printf("%lld\n",n); } else printf("%lld\n",n-2*f(1,0,1,n)+4*f(1,0,2,n)); } return 0; }
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