此題是 2018 年 ICPC Asia Beijing Regional Contest 的 C 題。

題目大意

求斜邊長度不超過 $n$（$ n \le 10^9$） 的勾股數的數量。不計兩直角邊的順序，即勾股數 (a, b, c) 和 (b, a, c) 視作同一組。

分析

這是一道頗為經典的計數問題。

請先閱讀維基百科上的 Pythagorean triple 條目。

設斜邊為 $n$ 的勾股數有 $f(n)$ 個。又設斜邊為 $n$ 的本原勾股數有 $g(n)$ 個。于是有
$ f(n) = \sum_{d \mid n} g(d)$ 。

令 $F$ 為 $f$ 的前綴和，令 $G$ 為 $g$ 的前綴和。有
\begin{aligned}
F(n) &= \sum_{i = 1}^{n} f(n) \\
&= \sum_{i = 1}^{n} \sum_{d \mid i} g(d) \\
&= \sum_{i = 1}^{n} G(\floor{n / i})
\end{aligned}

根據 $G$ 的定義，有

\begin{aligned}
G(n) &= \sum_{i = 1}^{n} g(i) \\
&=\sum_{\substack{1 \le x \le n \\ x \text{ is odd} } } \sum_{\substack{1 \le y \le n \\ y \text{ is even}}} [x^2 + y^2 \le n] [\gcd(x, y) = 1] \\
&= \frac{1}{2} \left(\sum_{1 \le x \le n } \sum_{1 \le y \le n } - \sum_{\substack{1 \le x \le n \\ x \text{ is odd}} } \sum_{\substack{1 \le y \le n \\ y \text{ is odd}} } \right) [x^2 + y^2 \le n] [\gcd(x, y) = 1]
\end{aligned}

而

\begin{aligned}
& \left(\sum_{1 \le x \le n } \sum_{1 \le y \le n } - \sum_{\substack{1 \le x \le n \\ x \text{ is odd}} } \sum_{\substack{1 \le y \le n \\ y \text{ is odd}} } \right) [x^2 + y^2 \le n] [\gcd(x, y) = 1] \\
&= \left(\sum_{1 \le x \le n } \sum_{1 \le y \le n } - \sum_{\substack{1 \le x \le n \\ x \text{ is odd}} } \sum_{\substack{1 \le y \le n \\ y \text{ is odd}} } \right) [x^2 + y^2 \le n] \sum_{d \mid \gcd(x, y)} \mu(d) \\
&= \sum_{1\le d \le \sqrt{n/2}} \mu(d) \left(\sum_{1 \le x \le n } \sum_{1 \le y \le n } - \sum_{\substack{1 \le x \le n \\ x \text{ is odd}} } \sum_{\substack{1 \le y \le n \\ y \text{ is odd}} } \right) [x^2 + y^2 \le n] [d \mid x] [d \mid y] \\
&= \sum_{1\le d \le \sqrt{n/2}} \mu(d) \left(\sum_{ 1 \le i \le n/d } \sum_{1 \le y \le n } - \sum_{\substack{1 \le i \le n/d \\ di \text{ is odd}} } \sum_{\substack{1 \le y \le n \\ y \text{ is odd}} } \right) [(id)^2 + y^2 \le n] [d \mid y] \\
&= \sum_{1\le d \le \sqrt{n/2}} \mu(d) \left(\sum_{ 1 \le i \le \sqrt{n}/d } \sum_{1 \le j \le \sqrt{n-(id)^2}/d } - \sum_{\substack{1 \le i \le \sqrt{n}/d \\ di \text{ is odd}} } \sum_{\substack{1 \le j \le \sqrt{n-(id)^2}/d \\ dj \text{ is odd}} } \right) 1 \\
&= \sum_{1\le d \le \sqrt{n/2}} \mu(d) \left(\sum_{ 1 \le i \le \sqrt{n}/d } \floor{ \frac{\sqrt{n-(id)^2}}ozvdkddzhkzd } - [d \text{ is odd}] \sum_{\substack{1 \le i \le \sqrt{n}/d \\ i \text{ is odd}} } \sum_{\substack{1 \le j \le \sqrt{n-(id)^2}/d \\ j \text{ is odd}} } 1 \right) \\
&= \sum_{1\le d \le \sqrt{n/2}} \mu(d) \left(\sum_{ 1 \le i \le \sqrt{n}/d } \floor{ \frac{\sqrt{n-(id)^2}}ozvdkddzhkzd } - [d \text{ is odd}] \sum_{\substack{1 \le i \le \sqrt{n}/d \\ i \text{ is odd}} } \floor{\frac{\frac{\sqrt{n-(id)^2}}ozvdkddzhkzd + 1}{2}} \right)
\end{aligned}

TODO：復雜度分析。

Implementation

預處理 $G$ 的前 2000 萬項。

注意：代碼不完整。

int main() {FAST_READcout << fixed << setprecision(1); #ifdef LOCALifstream in("main.in");cin.rdbuf(in.rdbuf()); #endifconst int nax = 1e9 + 1; // println(nax);const int pre_n = 2e7;vl pre_G(pre_n + 1); // pre-calculate some items of Gconst int max_v = sqrt(pre_n);stp(i, 1, max_v + 1, 2) {const int i2 = i * i;const int max_j = sqrt(pre_n - i2);stp (j, 2, max_j + 1, 2) {if (__gcd(i, j) == 1) {pre_G[i2 + j * j]++;}}}rng (i, 1, pre_n + 1) {pre_G[i] += pre_G[i - 1];}const int max_d = sqrt(nax/2);const auto mu = get_mu(max_d);auto G = [&mu, &pre_G, pre_n](int n) { // # of primitive Pythagorean triples with c <= nif (n <= pre_n) return pre_G[n];ll ans = 0;const int max_gcd = sqrt(n / 2);const int tmp = (int)sqrt(n);rng (d, 1, max_gcd + 1) {ll sum = 0;const int max_i = tmp / d;for (int i = 1; i <= max_i; ) {const int arg = int(sqrt(n - sq(i*d))) / d;const int j = int(sqrt(n - sq(arg * d))) / d;sum += (j - i + 1) * arg;if (d & 1) {sum -= (j - i + 1 + (i & 1)) / 2 * ((arg + 1) / 2);}i = j + 1;}ans += sum * mu[d];}return ans / 2;};auto F = [&](int n) { // # of Pythagorean triples with c <= nll ans = 0;for (int i = 1; i <= n; ) {int arg = n / i;int j = n / arg;ans += 1LL * (j - i + 1) * G(arg);i = j + 1;}return ans;};int T; scan(T); rep (T) {int n; scan(n);println(F(n));}#ifdef LOCALcout << "Time elapsed: " << 1.0 * clock() / CLOCKS_PER_SEC << " s.\n"; #endifreturn 0; }

轉載于:https://www.cnblogs.com/Patt/p/10631987.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的hihoCoder #1872 : Pythagorean triple的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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