「洛谷5655」基础数论函数练习题

「洛谷5655」基础数论函数练习题

给定一个长度为 $n$ 的数组 $\{a_i\}_{i=1}^n$,$Q$ 次询问,每次给定 $l$ 和 $r$ 查询 $\operatorname{lcm}(\{a_i\}_{i=l}^r)$,答案对 $10^9+7$ 取模。

多组数据,$T,n,Q \leq 300,\ a_i \leq 10^{18}$。

题解

把 $< 10^{4.5}$ 的质数分开来处理,这样剩余每个数至多剩余 $3$ 个不同的质因子。考虑我们不需把每个数分解质因数,只需要能够构造一个等价的质数集合即可。构造方法如下:

对于所有 $1 \leq i < j \leq n$,将 $\gcd(a_i, a_j), a_i / \gcd(a_i, a_j), a_j / \gcd(a_i, a_j)$ 加入到集合 $S$ 中。将其中存在 $S$ 中的数作为因数的数删掉,剩下的集合就是一个合法的质数集合。

接下来的一个朴素做法是莫队,需要一些精妙的实现使得那个 $\log$ 是加上去的而不是乘上去的。

  1. 会用到质数的快速幂,这个可以预处理
  2. 相当于对于每个质数维护一个出现次数集合,支持加减和查询最大的出现次数。首先维护一个桶来去重,然后开一个 long long,并每次查询最高的 $1$ 出现的位置。

时间复杂度近似于 $O(n^3 \log n)$,需要一些精细的实现。

代码

一度 TLE,后来被 zx2003 哥哥卡了半天卡进去了。

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#include<bits/stdc++.h>
#define ll long long
#define ull unsigned long long
#define pair std::pair<int,int>
const int N=310,M=32000,L=5000,mod=1e9+7;
namespace io {
const int SIZE = (1 << 21) + 1;
char ibuf[SIZE], *iS, *iT, obuf[SIZE], *oS = obuf, *oT = oS + SIZE - 1, c, qu[55]; int f, qr;
// getchar
#define gc() (iS == iT ? (iT = (iS = ibuf) + fread (ibuf, 1, SIZE, stdin), (iS == iT ? EOF : *iS ++)) : *iS ++)
// print the remaining part
inline void flush () {
fwrite (obuf, 1, oS - obuf, stdout);
oS = obuf;
}
// putchar
inline void putc (char x) {
*oS ++ = x;
if (oS == oT) flush ();
}
// input a signed integer
inline char gch(){
char c=gc();for(;isspace(c);c=gc());
return c;
}
inline void gs(char*c){
char x=gc();for(;isspace(x);x=gc());
for(;!isspace(x);x=gc())*c++=x;*c=0;
}
template <class I>
inline void gi (I &x) {
for (f = 1, c = gc(); c < '0' || c > '9'; c = gc()) if (c == '-') f = -1;
for (x = 0; c <= '9' && c >= '0'; c = gc()) x = x * 10 + (c & 15); x *= f;
}
// print a signed integer
template <class I>
inline void print (I x) {
if (!x) putc ('0'); if (x < 0) putc ('-'), x = -x;
while (x) qu[++ qr] = x % 10 + '0', x /= 10;
while (qr) putc (qu[qr --]);
}
//no need to call flush at the end manually!
struct Flusher_ {~Flusher_(){flush();}}io_flusher_;
}
struct ExactDiv {
ExactDiv() {}
ExactDiv(ull n){
for(z=0;!(n&1);++z,n>>=1);
t=((ull)-1) / n;
i=mul_inv(n);
}
ull mul_inv(ull n) {
ull x = n;
for (int i = 0; i < 6; ++i) x *= 2 - n * x;
return x;
}
inline bool divide(const ull&n) { return ((n>>z<<z)==n) && (n>>z)*this->i<=this->t; }
inline bool ck(const ll&n){
return n>=0 && divide(n);
}
ull t, i,z;
}ediv[M],el[L];
int T,n,m,l,tl,pc,sqn,p[L],ans[N],vis[M],bln[N],pri[M];ll a[N],ls[L],pw[L][65],ipw[L][65];
std::vector<ll> fac;
std::vector<pair> v[N];
const int Z=1005;
int gg[Z][Z];
int C;
template<class T> inline T gcd(T x,T y){++C;return x<Z && y<Z?gg[x][y]:(y?gcd(y,x%y):x);}
struct query{
int l,r,id;
inline bool operator<(const query &other)const{
return bln[l]==bln[other.l]?(r<other.r)==(bln[l]&1):l<other.l;
// return bln[l]==bln[other.l]?r<other.r:l<other.l;
}
}q[N];
inline int fpow(int a,int b){
int s=1;
for(;b;b>>=1,a=(ll)a*a%mod)if(b&1)s=(ll)s*a%mod;
return s;
}
int buc[L][65],mx[L];
int tot=1,zcnt;
inline void add(const std::vector<pair> &vet){
for(auto it:vet){
if(mx[it.first]){
if(ls[it.first])tot=tot*ipw[it.first][mx[it.first]]%mod;
else --zcnt;
}
++buc[it.first][it.second];
mx[it.first]=std::max(mx[it.first],it.second);
if(mx[it.first]){
if(ls[it.first])tot=tot*pw[it.first][mx[it.first]]%mod;
else ++zcnt;
}
}
}
inline void del(const std::vector<pair> &vet){
for(auto it:vet){
if(mx[it.first]){
if(ls[it.first])tot=tot*ipw[it.first][mx[it.first]]%mod;
else --zcnt;
}
--buc[it.first][it.second];
for(mx[it.first]=p[it.first];mx[it.first] && !buc[it.first][mx[it.first]];--mx[it.first]);
if(mx[it.first]){
if(ls[it.first])tot=tot*pw[it.first][mx[it.first]]%mod;
else ++zcnt;
}
}
}
inline ll fpow2(ll x,ll y,ll mo){
ll ans=1;
for(;y;y>>=1,x=(__int128)x*x%mo)if(y&1)ans=(__int128)x*x%mo;
return ans;
}
inline bool ck(ll x){
for(int i=1;pri[i]<=10;++i)if(fpow2(pri[i],x-1,x)!=1)return 0;
return 1;
}
struct hmp{
static const int mo=1999;
int h[mo],nxt[mo],xb;ll v[mo];
inline void insert(ll x){
if(x==1)return;
int z=x%mo,i=h[z];
for(;i && v[i]!=x;i=nxt[i]);
if(!i)nxt[++xb]=h[z],h[z]=xb,v[xb]=x;
}
}ss;
int main(){
for(int i=2;i<M;i++){
if(!vis[i])pri[++pc]=i;
for(int j=1;j<=pc&&i*pri[j]<M;j++){
vis[i*pri[j]]=1;
if(i%pri[j]==0)break;
}
}
for(int i=1;i<=pc;++i)ediv[i]=pri[i];
for(int i=0;i<Z;++i)for(int j=0;j<Z;++j)gg[i][j]=!i || !j?i+j:(i>j?gg[i-j][j]:gg[i][j-i]);
for(io::gi(T);T--;){
io::gi(n),io::gi(m),sqn=sqrt(n),l=0,fac.clear();
for(int i=1;i<=n;i++)io::gi(a[i]),bln[i]=i/sqn,v[i].clear();
for(int i=1;i<=m;i++)io::gi(q[i].l),io::gi(q[i].r),q[i].id=i,ans[i]=1;
static int id[M];memset(id+1,0,pc<<2);
for(int i=1;i<=n;i++)
for(int j=1,cnt;j<=pc;j++)if(ediv[j].divide(a[i])){
cnt=0;while(a[i]%pri[j]==0)++cnt,a[i]/=pri[j];
if(!id[j])ls[id[j]=++l]=pri[j],el[l]=ls[l],p[l]=0;
v[i].push_back(std::make_pair(id[j],cnt)),p[id[j]]=std::max(p[id[j]],cnt);
}
ss.xb=0;memset(ss.h,0,sizeof ss.h);
int step=8;
static ll aa[N];int nn=0;
for(int i=1;i<=n;++i)if(a[i]>1)aa[++nn]=a[i];
for(int i=1;i<=nn;++i)ss.insert(aa[i]);
for(int i=1;i<=nn;i++){
for(int j=i+1;j<=nn;j+=step){
ll pi=1;
for(int k=0;k<step && j+k<=nn;++k)pi=(__int128)pi*aa[j+k]%aa[i];
if(gcd(pi,aa[i])!=1)for(int k=0;k<step && j+k<=nn;++k){
ll x=gcd(aa[i],aa[j+k]);
ss.insert(x);ss.insert(aa[i]/x);ss.insert(aa[j+k]/x);
}
}
}
fac=std::vector<ll>(ss.v+1,ss.v+ss.xb+1);
std::sort(fac.begin(),fac.end()),fac.erase(std::unique(fac.begin(),fac.end()),fac.end());
tl=l;
if(!fac.empty())for(int i=fac[0]==1?1:0,fl;fl=0,i<fac.size();i++){
fl=1;
if(fl)ls[++l]=fac[i],p[l]=0,el[l]=ls[l];
}
for(int i=1;i<=n;i++){
for(int j=tl+1,cnt;j<=l;j++)if(el[j].divide(a[i])){
cnt=0;while(a[i]%ls[j]==0)++cnt,a[i]/=ls[j];
v[i].push_back(std::make_pair(j,cnt)),p[j]=std::max(p[j],cnt);
}
}
for(int i=1;i<=l;i++)for(int j=0;j<=p[i];j++)ipw[i][j]=fpow(pw[i][j]=fpow(ls[i]%mod,j),mod-2);
std::stable_sort(q+1,q+m+1);
int ul=1,ur=0;
for(int i=1;i<=m;i++){
while(ul>q[i].l)add(v[--ul]);while(ur<q[i].r)add(v[++ur]);
while(ul<q[i].l)del(v[ul++]);while(ur>q[i].r)del(v[ur--]);
ans[q[i].id]=tot;
}
while(ul<=ur)del(v[ur--]);
for(int i=1;i<=m;i++)io::print(ans[i]),io::putc('\n');
}
return 0;
}