メビウス関数 (Möbius function)
(include/emthrm/math/mobius_mu.hpp)

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メビウス関数 (Möbius function)

$n \in \mathbb{N}^+$ に対して

\[\mu(n) \mathrel{:=} \begin{cases} 0 & (\exists p \in \mathbb{P},\ n \equiv 0 \pmod{p^2}), \\ (-1)^{\# \lbrace \text{相異なる素因数} \rbrace} & (\text{otherwise}) \end{cases}\]

で定義される $\mu(n)$ である。

• \[\forall n \in \mathbb{N}^+ \setminus \lbrace 1 \rbrace,\ \sum_{d \mid n} \mu(d) = 0,\]
• \[\mu(mn) = \begin{cases} \mu(m) \mu(n) & (m \perp n), \\ 0 & (\text{otherwise}) \end{cases}\]

が成り立つ。

メビウスの反転公式 (Möbius inversion formula)

\[f(n) = \sum_{d \mid n} g(d) \implies g(n) = \sum_{d \mid n} \mu \left(\frac{n}{d} \right) f(d) = \sum_{d \mid n} \mu(d) f \left(\frac{n}{d} \right)\]

時間計算量

	時間計算量
	$O(\sqrt{N})$
約数版
数表	$O(N\log{\log{N}})$
数表2	$O\left(\sqrt{H}\log{\log{H}} + \frac{(H - L)\sqrt{H}}{\log{H}}\right)$ ?

仕様

名前	戻り値
int mobius_mu(long long n);	$\mu(n)$

約数版

名前	戻り値	備考
template <typename T> std::map<T, int> mobius_mu_focusing_on_divisor(T n);	$\lbrace n \text{ の約数 } d, \mu(d) \rbrace$	キーとして存在しないときは値 $0$ である。

数表

名前	戻り値
std::vector<int> mobius_mu_init(const int n);	メビウス関数 $\mu(i)$ ($1 \leq i \leq n$) の数表
std::vector<int> mobius_mu_init2(const long long low, const long long high);	メビウス関数 $\mu(i)$ ($\mathrm{low} \leq i < \mathrm{high}$) の数表

参考文献

• A.F. Möbius: Über eine besondere Art von Umkehrung der Reihen, 誌名, Vol. 9, pp. 105–123 (1832). https://doi.org/10.1515/crll.1832.9.105
• 秋葉拓哉，岩田陽一，北川宜稔：プログラミングコンテストチャレンジブック [第2版]，pp.265-268，マイナビ出版（2012）
• https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A1%E3%83%93%E3%82%A6%E3%82%B9%E9%96%A2%E6%95%B0
• https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A1%E3%83%93%E3%82%A6%E3%82%B9%E3%81%AE%E5%8F%8D%E8%BB%A2%E5%85%AC%E5%BC%8F
• https://qiita.com/drken/items/3beb679e54266f20ab63#7-2-%E7%B4%84%E6%95%B0%E7%B3%BB%E5%8C%85%E9%99%A4%E5%8E%9F%E7%90%86
• https://github.com/spaghetti-source/algorithm/blob/e8fde0fea20e323f42e263376302494cda1ae7f7/number_theory/mobius_mu.cc

TODO

• https://drive.google.com/drive/folders/1z4kUGi0ObnWPQwdzmH-IHG6oV-XCRYnL

Submissons

• https://atcoder.jp/contests/abc162/submissions/26045975
• 約数版
• 数表
• 数表2

Verified with

• 数学/メビウス関数/メビウス関数 (test/math/mobius_mu.test.cpp)

Code

#ifndef EMTHRM_MATH_MOBIUS_MU_HPP_
#define EMTHRM_MATH_MOBIUS_MU_HPP_

namespace emthrm {

int mobius_mu(long long n) {
  int num = 0;
  for (long long i = 2; i * i <= n; ++i) {
    if (n % i == 0) [[unlikely]] {
      n /= i;
      if (n % i == 0) return 0;
      num ^= 1;
    }
  }
  if (n > 1) num ^= 1;
  return num ? -1 : 1;
}

}  // namespace emthrm

#endif  // EMTHRM_MATH_MOBIUS_MU_HPP_

#line 1 "include/emthrm/math/mobius_mu.hpp"



namespace emthrm {

int mobius_mu(long long n) {
  int num = 0;
  for (long long i = 2; i * i <= n; ++i) {
    if (n % i == 0) [[unlikely]] {
      n /= i;
      if (n % i == 0) return 0;
      num ^= 1;
    }
  }
  if (n > 1) num ^= 1;
  return num ? -1 : 1;
}

}  // namespace emthrm

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