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2025-08-30 18:35:01 +08:00

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##AcWing 199. 余数之和

一、题目描述

给出正整数 n 和 $k$,计算 j(n,k)=k~mod~1+k~mod~2+k~mod~3+…+k~mod~n 的值。

例如 $j(5,3)=3mod1+3mod2+3mod3+3mod4+3mod5=0+1+0+3+3=7$。

输入格式 输入仅一行,包含两个整数 $n,k$。

输出格式 输出仅一行,即 $j(n,k)$。

数据范围 1≤n,k≤10^9

输入样例:

5 3

输出样例:

7

二、暴力作法

注:暴力作法用于骗分+理解题意

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define int long long
#define endl "\n"

int n, k, ans;
signed main() {
    // 通过了 6/10个数据
    cin >> n >> k;
    for (int i = 1; i <= n; i++) ans += k % i;
    cout << ans << endl;
}

三、整除分块

我们先研究一下如下的序列有哪些特点,再结合本题实际给出解题思路:

\large \displaystyle f(i)=\lfloor \frac{k}{i} \rfloor ~ (i \in [1,n])

注:本题要求的是$[1 \sim n]$之内所有数字对数字k 取模,我们不直接研究取模,而是在研究$[1 \sim n]$之内每个数字被$k$整除的结果。这个结果,与 取模 是有关系的,后面的题解中也会证明这一点。

举个例子,n = 4,k=5, $f(1)=k/1=5/1=5 \ f(2)=k/2=5/2=2 \ f(3)=k/3=5/3=1,f(4)=k/4=5/4=1,f(5)=k/5=5/5=1$

一字排开,得到$5,2,1,1,1$,相同的分到一个 连续一样的数字段 中,直观一点,写成:[5],[2],[1,1,1]

四、本题题解

题意:给出n,k,求 $\displaystyle \sum_{i=1}^{n}k \ mod \ i$。

首先取模形式不好处理,根据取模运算定义做 等价变形:

\large \sum_{i=1}^nk \ mod \ i=\sum_{i=1}^n(k-⌊\frac{k}{i}⌋\cdot i)

化简

\large n \cdot k-\sum_{i=1}^n ⌊\frac{k}{i}⌋\cdot i

我们发现重点在于求$\large \displaystyle \sum_{i=1}^n ⌊\frac{k}{i}⌋ \cdot i$。

发现\large \underset{\text{i=1}}{\overset{\text{n}}{⌊\frac{k}{i}⌋}} 的值 呈块状分布(即结果数组分成若干块,每块中值相等),是 整除分块。

1、 块内的累加和是多少?

首先 一个块内部 的答案显然是好求的,设块起点为 $l$,终点为 $r$,同时\displaystyle \large ⌊\frac{k}{l}⌋=⌊\frac{k}{l+1}⌋=...=⌊\frac{k}{r}⌋, 累加和是$\large \displaystyle ⌊\frac{k}{l}⌋ \cdot \sum_{i=l}^r i$。

2、如何根据一个块的起点求块的终点呢?

① 下一个块的起点就是前一个块的终点加$1$。 ② 第一个块的起点位置坐标肯定是1

注:这里说的第一个块的起点,是指最终结果数组中块的下标位置,如上例,就是 序列 5 2 1 1 1 序号 1 2 3 4 5

③ 如果有办法能通过一个块的起点,找到这个块的终点,那就能确定一个块的范围,我们来研究一下这个办法:

首先由于 块内值 都相同,可以设 \large \displaystyle x= ⌊\frac{k}{l}⌋= ⌊\frac{k}{r}⌋

根据 \displaystyle \large x=⌊\frac{k}{r}⌋ ① \Rightarrow 变形 \Rightarrow \large \displaystyle x \cdot r \leq k \Rightarrow 变形 \Rightarrow \large \displaystyle r \leq ⌊\frac{k}{x}⌋ ②

将\large \displaystyle x=⌊\frac{k}{l}⌋ ① 代入 ②,得\large \displaystyle r \leq ⌊\frac{k}{⌊\frac{k}{l}⌋}⌋,这样就确定了$r$的最大值。

注:当$k,l$确定时,$r$的上限就已经确定,同时,由于第一起点块的$l=1$,我们就可以一路向后递推找出所有块的右边界!一旦有了右边界,就可以利用 $\large \displaystyle ⌊\frac{k}{l}⌋\cdot \sum_{i=l}^ri$来快速计算出区间和。

3、时间复杂度【选读】

当 i>\sqrt{n} 时,\large \displaystyle ⌊\frac{k}{i}⌋ \leq \sqrt{n},也就是说原式只有小于 \sqrt{k} 种取值。

注:纯粹的数学思考,除以一个$ \geq \sqrt{n}$的值,$n,k$是同一个数据级别$\leq 10^9$,结果值当然是\leq \sqrt{n}

当$i \leq \sqrt{n}$时,$i$只有小于$\sqrt{k}$种取值,也就是说原式也只有小于$\sqrt{k}$种取值。

所以最多有 2\sqrt{n} 个块,我们对于每个块可以 O(1) 计算,时间可以通过。

Code

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define int long long
#define endl "\n"

int n, k, l, r;
int ans;
signed main() {
    cin >> n >> k;
    ans = n * k;                                    // 看题解的推导公式
    for (l = 1; l <= n; l = r + 1) {                // 枚举左端点,每次跳着走,下次的位置就是本次r的位置+1
        if (k / l == 0) break;                      // 1、当k/l=0的时候,比如3/4=0,3/5=0,3/6=0...,以后就都是0,不用再往后算了,无贡献
        r = min(k / (k / l), n);                    // 2、注意右端点和n取个min,>n没有贡献
        ans -= (k / l) * (l + r) * (r - l + 1) / 2; 
        // 等差数列求和:首项:l,末项:r.项数:(r-l+1),根据公式推导,k/l = 块内值
    }
    cout << ans << endl;
}