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CSP-J 2021 第一轮 第 31 题:程序(三):init函数的时间复杂度
题目
假设输入的 $x$ 是不超过 $1000$ 的自然数,完成下面的判断题和单选题:
#include <iostream>
using namespace std;
const int n = 100000;
const int N = n + 1;
int m;
int a[N], b[N], c[N], d[N];
int f[N], g[N];
void init()
{
f[1] = g[1] = 1;
for (int i = 2; i <= n; i++) {
if (!a[i]) {
b[m++] = i;
c[i] = 1, f[i] = 2;
d[i] = 1, g[i] = i + 1;
}
for (int j = 0; j < m && b[j] * i <= n; j++) {
int k = b[j];
a[i * k] = 1;
if (i % k == 0) {
c[i * k] = c[i] + 1;
f[i * k] = f[i] / c[i * k] * (c[i * k] + 1);
d[i * k] = d[i];
g[i * k] = g[i] * k + d[i];
break;
}
else {
c[i * k] = 1;
f[i * k] = 2 * f[i];
d[i * k] = g[i];
g[i * k] = g[i] * (k + 1);
}
}
}
}
int main()
{
init();
int x;
cin >> x;
cout << f[x] << ' ' << g[x] << endl;
return 0;
}
本小题
init 函数的时间复杂度为( )。
选项
- A. $O(n)$
- B. $O(n \log n)$
- C. $O(n\sqrt{n})$
- D. $O(n^2)$
答案
A
题解
答案是 A. \(O(n)\)。这段代码使用的是线性筛(欧拉筛),关键在于内层循环中的 break。
虽然有两层循环,但内层循环的总执行次数并不是 \(n^2\)。我们看它每次处理的数: ``cpp int k = b[j]; a[i * k] = 1; ` 其中,b 按从小到大的顺序存放质数。当 k 是 i 的最小质因子时,i % k == 0,执行完本次操作就 break。因此,内层循环中使用的 k 不会超过 i` 的最小质因子。
这意味着:**每次生成的合数 i * k,其最小质因子一定是 k。**
对于任意合数 \(x\),它的最小质因子 \(p\) 是唯一的,所以它只会在 \[ k=p,\qquad i=\frac{x}{p} \] 时被处理一次。
例如 \(12\):
- 会通过 \(6\times2\) 被处理;
- 不会通过 \(4\times3\) 被重复处理,因为
i = 4时,循环在k = 2处就结束了。
因此,内层循环总共只处理了 \(n\) 以内的每个合数一次,总工作量为 \(O(n)\);外层循环也是 \(O(n)\)。循环中的其他操作都是常数时间,所以:
\[ \boxed{T(n)=O(n)} \]
这题的要点是:嵌套循环不一定是平方复杂度,要统计内层循环的总执行次数。
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