一、欧拉函数
欧拉函数是小于x的整数中与x互质的数的个数,一般用φ(x)表示。
- 比如x=12,拆成质因数为12=2*2*3,
- 12以内有1/2的数是2的倍数,那么有1-1/2的数不是2的倍数(1,3,5,7,9,11),
- 这6个数里又有1/3的数是3的倍数,
- 只剩下(1 - 1/2 - 1/3)的数既不是2的倍数,也不是3的倍数(1,5,7,11)。
- 这样剩下的12*(1 - 1/2 - 1/3)=4,即4个数与12互质,所以φ(12)=4。
证明:对于正整数x,
- 如果x=1,则 φ(1) = 1。
- 1与任何数(包括自身)都构成互质关系。
- 如果x是质数,则 φ(x)=x-1 。
- 质数与小于它的每一个数,都构成互质关系。比如5与1、2、3、4都构成互质关系。
- 如果n只有一个质因数p,即x = p^k(p为质数,k>=1),则φ(pk)=pk(1-1/p)=pk-pk-1 。
- 从1~x中,p的倍数共有x/p个,共占了1/p,则减去这些数后,还剩下x*(1-1/p)个。
- 可以看出,上一种情况是 k=1 时的特例。
- 如果n可以分解成两个互质的整数之积,即n = p1 * p2,则φ(x) = φ(p1 * p2) = φ(p1) * φ(p2)。
- φ(a)=m,φ(b)=n,φ(a*b) = a(1-p1)(1-p2)...*b(1-q1)(1-q2)... = m*n
- 欧拉函数是积性函数(若当m与n互质时,f(m∗n)=f(m)∗f(n) f(m*n)=f(m)*f(n)f(m∗n)=f(m)∗f(n),那么f是积性函数。)
- φ(a)=m,φ(b)=n,φ(a*b) = a(1-p1)(1-p2)...*b(1-q1)(1-q2)... = m*n
- 任意一个大于1的正整数,都可以写成一系列质数的积。
- 可以得到,φ(x) = φ(p1)*φ(p2)*...*φ(pn) = x(1-1/p1)*(1-1/p2)*...*(1-1/pn).
一些(目前不需要的)性质:
- 当n>2时,φ(n)是偶数。
- 小于n的数中,与n互质的数的总和为:φ(n) * n / 2 (n>1)。
- n的因数(包括1和它自己)的欧拉函数之和等于n。
- 若n为奇数时,φ(2n)=φ(n)。
- 对于任何两个互质的正整数a,n(n>2)有:aφ(n)≡1(mod n)此公式即 欧拉定理。
- 当n=p 且 a与素数p互质(即:gcd(a,p)=1)则上式有: an-1≡1(mod n)此公式即 费马小定理。
求欧拉函数:
1.埃拉托斯特尼筛
求1~n所有数的欧拉函数:每次找到一个质数,就把它的倍数更新掉。复杂度大概是O(nlognlogn)。
void euler(int n) {for (int i=1; i<=n; i++) phi[i]=i;for (int i=2; i<=n; i++)if (phi[i]==i)//i是质数for(int j=i; j<=n; j+=i)phi[j]=phi[j]/i*(i-1);
}
2.欧拉筛
求n的欧拉函数:每次找到一个最小的因数(一定为质因数),求出x*(1 - 1/p)。复杂度为O(n)。
int euler(int n) {int res=n,a=n;for(int i=2; i*i<=a; i++) {if(a%i==0) {res=res/i*(i-1);while(a%i==0) a/=i;}}if(a>1) res=res/a*(a-1); //有质数剩余 return res;
}
对于x = p1k1 * p2k2...,只需要求一次(1-p1)(1-p2)...就可以了,
为了保证每个质因数只被使用一次,通过以上的while循环把x中的p1除尽。
二、素数筛法
这里直接上欧拉算法了。关于埃氏和其他算法
int Prime(int N) {for(i=2; i<=N; i++) {if(!check[i])prime[cnt++]=i;for(j=0; j<cnt && prime[j]*i<=N; j++) { check[prime[j]*i]=1;if(i%prime[j]==0)break;}}
}
每次遇到未标记的素数就记录,然后用当前的素数或合数与记录下的素数表依次相乘。
蓝色的这一句,保证了每个合数只被筛去一次(如下表),也是欧拉筛法优化的核心思想。
例如12 = 4*3 = 6*2,
将它拆分成 (2*2)*3 和 (2*3)*2,
因为素数之积显然不是素数,所以在继续筛的过程中一定会遇到2*3,
说明4=2*2所筛掉的合数2*2*prime[i](除了prime[0]=2本身),一定会在以后重复算一次。
那么先保留2的一列,3只要遇到2的倍数一定可以在2的一列出现,5只要遇到2、3的倍数一定可以在前两列出现...
更新于19/2/11
在浙江集训刚好学了这个qwq其实这个线性筛素数是这样的,
因为当前枚举的合数是i*pj,且pj|i(即i%pj=0),那么下一个枚举的是i*pj+1,
因为i已经是pj的倍数了,那么i*任何正整数一定也是pj的倍数,
说明i*pj+1在后面一定会被更小的素数(pj)筛去。