数论-质因数(gcd) UVa 10791 - Minimum Sum LCM

时间:2023-03-08 22:01:37

https://vjudge.net/problem/UVA-10791/origin

以上为题目来源Google翻译得到的题意:

一组整数的LCM(最小公倍数)定义为最小数,即

该集合的所有整数的倍数。有趣的是,可以表示任何正整数
作为一组正整数的LCM。例如12可以表示为1、12或
12、12或3、4或4、6或1、2、3、4等

在此问题中,您将得到一个正整数
N.您必须找出一组至少两个正整数,其LCM为N。
如果可能,您必须选择元素总和最小的序列。我们会很高兴
如果您仅打印此元素的总和
组。因此,对于N = 12,您应该将4 + 3 = 7打印为
4和3的LCM为12,而7则为最小值
总结。

输入值

输入文件最多包含100个测试用例。每个测试用例都由一个正整数N(1≤N≤2^ 31 − 1)组成。
输入在N = 0的情况下终止。
案件不予处理。最多可以有
100个测试用例。

输出量

每个测试用例的输出应由以“ Case#:”开头的一行组成,其中#是测试用例编号。它后面应该是问题陈述中指定的总和。看着那(这

输出为样本输入以获取详细信息。

翻译有一点语法问题,但是还是很好理解的。总结一下题目意思,就是给你一个N,你找到一组an使得n大于等于2. 且N 为an的最小公倍数,令an求和最小。

思路:

这道题最先要解决的就是,令求和最小这个要求,其实是什么?

再进一步解释就是,N可以拆解成多个因数连乘,那么到底是因数越多,越小越好,还是因数越少,越大越好?

很容易发现,如果是大的因数设为x,假设分解不彻底,那必有更小的bn使得bn之积等于x。

考虑到直接思考多个情况显然比较麻烦,以及刚刚说的x的事情,我们发现,多个因数组合成大因数会先从C(2,n)开始,那么不妨就先讨论,如果由一项变成拆成两项会怎么样?

即若令x=c*d,c+d大还是x大,即讨论   a+b与a*b大小的条件,

先给出一般应试办法,如果用数去试,试多几次,你会发现除了质数和1以外,a+b永远小于a*b,

那真的要计算证明有什么办法呢?以下是一些可能的思路(我自己没试过)和本人的办法(不一定很严谨)。

  • 函数思路,令F(a,b)=a*b-(a+b),讨论二元函数F的零点,或令F(a,b)=(a+b)/ab -1,一样是讨论零点,
  • 利用整数约束,解方程思路,令a+b=a*b,解该不定方程的正整数解,显然发现这是一个类似于,已知ax+by=c,“求逆元”的问题,即扩展欧几里得
  • 利用不等式,求a+b与a*b大小关系
  • 我的办法,虽然已经拆成了a,b两个,但是两个都还是动的,还是很麻烦呢
  • 那就干脆就再人为约束一下,令a不动b动,就有y1(b)=a*b,y2(b)=a+b,(a视为常数,大于等于1),比较俩函数在yOb图,交点出现的条件

    • 动手画图,解交点,很快发现,b=a/(a-1)为解。
    • 当a大于等于1,这个解显然小于等于2,且从这个解之后,有y1图像恒在y2上方
    • 得证,a+b小于等于a*b,若ab都不为1,取等条件是a=b且a=b=2
    • 什么时候会是1,当且仅当质数、

好了,解完一个条件。但是完了吗?我一开始也以为完了,然后把N分解到能分解的极限,结果老WA,怎么回事?

看题才发现还没完,又有另一个问题,它要求这一组数的最小公倍数是N,那显然,N不能被分解到极限,那分解的极限在哪里呢?

我们要求分解的越多越好,N=Π(cn)^pn;(这里没有考虑分解项数一样的时候)

试一试,发现an都为某一质数的次方时似乎可以达到,个数最多,且刚好因为 ai^pi,aj ^pj 互相只有唯一且各不相同质因子,任意两两互质,所以N必为最大公约数

怎么证明?

如果只有两个数,a,b,此时LCM(a,b)=a*b/gcd(a,b),那么如果有n个数,LCM(an)=Πan/gcd(an),又,N=Πan;

(当且仅当,gcd(an)=1,即任意an都没有相同质因数的时候,才行,此时,当且仅当任意an都只有唯一质因子--即an为唯一质数的次方数的时候才满足,)(WA)

然后。。。在大佬的指正下,这个证明办法是有问题的。an是唯一质因数并不是唯一满足gcd(an)= 1 的条件,如果an取出的abcd令任意gcd(a,b)!=gcd(b,c),也可以

主要是这两种情况该怎么考虑, 即怎么理解分解程度--a+b小于a*b怎么往上推

  • (a*1, b^2,  c*1 ) (a*b,b*c,1*1)——(a*b,b*c),(a*c,b^2,1*1)——(a*c,b^2
  •   (a^2,b^2,c^2), (a*c^2 , b^2 , a )和 (  a*c,  b,    a*b)  ,   分解的项数一样,

彻底分解肯定得到的是质数,那,质数,有约束N大小,那显然可以先打表,再试除

只是又有一个前提,质数表打到N开根+1(2^16就可--65536)就行了,因为如果这些都搞不定N,那N一定筛不掉。

不过,必须注意这个办法筛出的素数并不能覆盖所有的输入值N,素数表是不完全的,

因此

  1. 要把没有被筛到的新素数另外检查,
  2. 或者筛到后面只剩下一个大于一但是又不在质数表的数加回去

而且小心N的输出值 可能会是 long long

另外要注意输入1时的条件,

还有之前an本身就是,唯一质因数次方的时候,这里又WA了好多次orz我真是太菜了

不含筛数:

 #include <iostream>
#include <cstdio>
#include <algorithm>
#include <cmath>
#include <cstring>
#include <string>
#include <limits.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
const int N=;
const int M=1e5;
bool x[M];//
int p[M];
int g=; //记录素数值
/*
void getprime1(int n) {//埃式筛法
memset(x,0,sizeof(x));
memset(p,0,sizeof(p));
g=0;//记录第几个素数--总数
//x[2]=0;
for(int i=2; i<=n; i++) {
if(x[i]==0) {
p[++g]=i;
//printf("%5d ",i);
for(int j=2; j*i<=n; j++) {
x[i*j]=1;
}
}
}
}
void getprime2(int n) {//Ola
memset(x,0,sizeof(x));
memset(p,0,sizeof(p));
g=0;//记录第几个素数--总数
//x[2]=0;
x[1]=0;//这题补一个要求
for(int i=2; i<=n; i++) {
if(x[i]==0) {
g++;
p[g]=i;
}
int t;
for(int j=1; j<=g&&(t=i*p[j])<=n; j++) {
x[t]=1;
}
}
}
*/ ll m=;
int main () { //getprime2(N);
int l=;
while(~scanf("%lld",&m)&&m) {
l++; //x[m]是不能直接用的,这点非常重要!!!!!
if(m==) {//否则会RE
printf("Case %d: 2\n",l);
} else {
//检查是不是没被覆盖的质数
//或者恰好是唯一质因数的次方数
int f=;
ll m1=m;
ll t=;
for(ll i=; i*i<=m1; i++) {//从2开始不然会一直m%1==0
ll q=;
while(m%i==) {
m/=i;
q*=i;
}
if(q>) {
//printf("%d: %lld\n",i,q);
t+=q;
f++;
//printf("%d\n",q);
} }
if(m!=) {
t+=m,f++;
}
if(f==)t++;
printf("Case %d: %lld\n",l,t);
}
}
//printf("\n\n%d\n",g); return ;
}

含筛数

 #include <iostream>
#include <cstdio>
#include <algorithm>
#include <cmath>
#include <cstring>
#include <string>
#include <limits.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
const int N=;
const int M=1e5;
bool x[M];//
int p[M];
int g=; //记录素数值
/*
void getprime1(int n) {//埃式筛法
memset(x,0,sizeof(x));
memset(p,0,sizeof(p));
g=0;//记录第几个素数--总数
//x[2]=0;
for(int i=2; i<=n; i++) {
if(x[i]==0) {
p[++g]=i;
//printf("%5d ",i);
for(int j=2; j*i<=n; j++) {
x[i*j]=1;
}
}
}
}*/
void getprime2(int n) {//Ola
memset(x,,sizeof(x));
memset(p,,sizeof(p));
g=;//记录第几个素数--总数
//x[2]=0;
x[]=;//这题补一个要求
for(int i=; i<=n; i++) {
if(x[i]==) {
g++;
p[g]=i;
}
int t;
for(int j=; j<=g&&(t=i*p[j])<=n; j++) {
x[t]=;
}
}
} ll m=;
int main () { getprime2(N);
int l=;
while(~scanf("%lld",&m)&&m) {
l++;
ll t=;
//x[m]是不能直接用的,这点非常重要!!!!!
if(m==||(m<N&&x[m]==)) {//否则会RE
m++;
printf("Case %d: %lld\n",l,m);
} else {
//检查是不是没被覆盖的质数
int f=;
ll m1=m;//!!!
for(int i=; i<=g; i++) {
ll q=;
while(m%p[i]==) {
m/=p[i];
q*=p[i];
}
if(q>) {
t+=q;
f++;
//
//printf("%d: %lld\n",p[i],q);一直WA是因为没有把除完的数加上,
//如果除到最后都还大于1,说明不能被素数表上的完全筛完,
//最后剩下的一定是没有被筛完的质数,要加回去
//printf("%d\n",q);
}
}
//最后剩下的一定是没有被筛完的质数,要加回去
if(m!=) {
t+=m;
}
if(f>) {//不是质数
//printf("Case# %d: %lld\n",l,t);WA半天发现没有#
printf("Case %d: %lld\n",l,t);
} else {//是质数
t++;
printf("Case %d: %lld\n",l,t);
} }
}
//printf("\n\n%d\n",g); return ;
}

//结果发现不筛数更快2333

害!

(待续)