数据结构——二叉树的公共祖先问题

数据结构——二叉树的公共祖先问题

    • 236. 二叉树的最近公共祖先
      • 思路
    • 235. 二叉搜索树的最近公共祖先
      • 思路
      • 1.递归
      • 2.迭代

236. 二叉树的最近公共祖先

236. 二叉树的最近公共祖先

给定一个二叉树, 找到该树中两个指定节点的最近公共祖先。

百度百科中最近公共祖先的定义为:“对于有根树 T 的两个结点 p、q,最近公共祖先表示为一个结点 x,满足 x 是 p、q 的祖先且 x 的深度尽可能大(一个节点也可以是它自己的祖先)。”

例如,给定如下二叉树: root = [3,5,1,6,2,0,8,null,null,7,4]
数据结构——二叉树的公共祖先问题_第1张图片
示例 1: 输入: root = [3,5,1,6,2,0,8,null,null,7,4], p = 5, q = 1 输出: 3 解释: 节点 5 和节点 1 的最近公共祖先是节点 3。

示例 2: 输入: root = [3,5,1,6,2,0,8,null,null,7,4], p = 5, q = 4 输出: 5 解释: 节点 5 和节点 4 的最近公共祖先是节点 5。因为根据定义最近公共祖先节点可以为节点本身。

说明:

所有节点的值都是唯一的。
p、q 为不同节点且均存在于给定的二叉树中。

思路

1、二叉树如果能自底向上查找,就可以找到公共祖先。自底向上查找需要利用回溯,后序遍历就是天然的回溯过程,最先处理的一定是叶子节点。

2、判断一个节点是节点q和节点p的公共公共祖先:如果找到一个节点,发现左子树出现结点p,右子树出现节点q,或者 左子树出现结点q,右子树出现节点p,那么该节点就是节点p和q的最近公共祖先。

  • 递归函数返回值以及参数:要返回最近公共节点,返回值是TreeNode ,如果遇到p或者q,就把q或者p返回,返回值不为空,就说明找到了q或者p。
  • 终止条件:如果找到了 节点p或者q,或者遇到空节点,就返回。
  • 单层递归逻辑:
    本题函数有返回值,是因为回溯的过程需要递归函数的返回值做判断,但本题我们依然要遍历树的所有节点。
    要遍历整棵树是因为后序遍历中,如果想利用left和right做逻辑处理, 不能立刻返回,而是要等left与right逻辑处理完之后才能返回。所以即使在左子树中找到了p和q,仍要等right遍历完右子树。
    用left和right接住左子树和右子树的返回值,
    如果left 和 right都不为空,说明此时root就是最近公共节点。
    如果left为空,right不为空,就返回right,说明目标节点是通过right返回的,反之依然。
    数据结构——二叉树的公共祖先问题_第2张图片
    图中节点10的左子树返回null,右子树返回目标值7,那么此时节点10的处理逻辑就是把右子树的返回值(最近公共祖先7)返回上去!左子树的返回值空被舍弃。最终结果被传至根节点。
    如果left和right都为空,则返回left或者right都是可以的,也就是返回空。

代码随想录完整流程图:
数据结构——二叉树的公共祖先问题_第3张图片
时间复杂度: O ( n ) O(n) O(n)
空间复杂度: O ( n ) O(n) O(n)

class Solution {
    public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
        if (root == null || root == p || root == q) return root;
        // 后序遍历
        TreeNode left = lowestCommonAncestor(root.left, p, q);
        TreeNode right = lowestCommonAncestor(root.right, p, q);

        if(left == null && right == null) { // 若未找到节点 p 或 q
            return null;
        }else if(left == null && right != null) { // 若找到一个节点
            return right;
        }else if(left != null && right == null) { // 若找到一个节点
            return left;
        }else { // 若找到两个节点
            return root;
        }
    }
}

总结:

在递归函数有返回值的情况下:

  • 如果要搜索一条边,递归函数返回值不为空的时候,立刻返回;
  • 如果搜索整个树,直接用一个变量left、right接住返回值,这个left、right后序还有逻辑处理的需要,也就是后序遍历中处理中间节点的逻辑(也是回溯)。

搜索一条边的写法:

if (递归函数(root.left)) return ;

if (递归函数(root.right)) return ;

搜索整个树写法:

left = 递归函数(root.left);
right = 递归函数(root.right);
left与right的逻辑处理;
处理后再返回

235. 二叉搜索树的最近公共祖先

235. 二叉搜索树的最近公共祖先

给定一个二叉搜索树, 找到该树中两个指定节点的最近公共祖先。

百度百科中最近公共祖先的定义为:“对于有根树 T 的两个结点 p、q,最近公共祖先表示为一个结点 x,满足 x 是 p、q 的祖先且 x 的深度尽可能大(一个节点也可以是它自己的祖先)。”

例如,给定如下二叉搜索树: root = [6,2,8,0,4,7,9,null,null,3,5]
数据结构——二叉树的公共祖先问题_第4张图片
示例 1:

  • 输入: root = [6,2,8,0,4,7,9,null,null,3,5], p = 2, q = 8
  • 输出: 6
  • 解释: 节点 2 和节点 8 的最近公共祖先是 6。

示例 2:

  • 输入: root = [6,2,8,0,4,7,9,null,null,3,5], p = 2, q = 4
  • 输出: 2
  • 解释: 节点 2 和节点 4 的最近公共祖先是 2, 因为根据定义最近公共祖先节点可以为节点本身。

说明:

  • 所有节点的值都是唯一的。
  • p、q 为不同节点且均存在于给定的二叉搜索树中。

思路

二叉搜索树是有序的,因此只要从上到下遍历的时候,cur节点是数值在[p, q]区间中则说明该节点cur就是最近公共祖先了。而且不需要遍历整棵树,找到结果直接返回即可。

1.递归

  • 递归函数返回值以及参数:参数就是当前节点,以及两个结点 p、q。
    返回值是要返回最近公共祖先,所以是TreeNode 。
  • 终止条件:遇到空返回就可以了。(其实都不需要这个终止条件,因为题目中说了p、q 为不同节点且均存在于给定的二叉搜索树中。也就是说一定会找到公共祖先的,所以并不存在遇到空的情况。)
  • 单层递归的逻辑:在遍历二叉搜索树的时候就是寻找区间[p->val, q->val](注意这里是左闭右闭
    那么如果 root->val 大于 p->val,同时 root->val 大于q->val,那么就应该向左遍历(说明目标区间在左子树上)。此时不知道p和q谁大,所以两个都要判断
    如果 root->val 小于 p->val,同时 root->val 小于 q->val,那么就应该向右遍历(目标区间在右子树)。
    剩下的情况,就是cur节点在区间(p->val <= root->val && root->val <= q->val)或者 (q->val <= root->val && root->val <= p->val)中,root就是最近公共祖先了,直接返回root。

时间复杂度: O ( n ) O(n) O(n)
空间复杂度: O ( n ) O(n) O(n)

class Solution {
    public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
        if (root==null) return root; //可不加
        if (root.val>p.val && root.val>q.val)
            return lowestCommonAncestor(root.left,p,q);
        if (root.val<p.val && root.val<q.val)
            return lowestCommonAncestor(root.right,p,q);
        return root;
    }
}

2.迭代

利用二叉搜索树的有序性,写出简易迭代法

时间复杂度: O ( n ) O(n) O(n)
空间复杂度: O ( 1 ) O(1) O(1)

class Solution {
    public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
        while (true) {
            if (root.val>p.val && root.val>q.val)
                root = root.left;
            else if (root.val<p.val && root.val<q.val)
                root = root.right;
            else 
                break;
        }
        return root;
    }
}

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