2021-11-26 968. 监控二叉树(贪心算法)

本文介绍了一种解决二叉树节点摄像头布置问题的贪心算法,通过后序遍历策略确保覆盖效率,重点讲解了四种状态转移规则,包括节点无覆盖、有摄像头和有覆盖状态。通过实例演示和复杂度分析,帮助读者理解如何在最小化摄像头数量的同时监控整个树节点。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

注:

题目:
给定一个二叉树,我们在树的节点上安装摄像头。

节点上的每个摄影头都可以监视其父对象、自身及其直接子对象。

计算监控树的所有节点所需的最小摄像头数量。

示例 1:
输入:[0,0,null,0,0]
输出:1
解释:如图所示,一台摄像头足以监控所有节点。
示例 2:
输入:[0,0,null,0,null,0,null,null,0]
输出:2
解释:需要至少两个摄像头来监视树的所有节点。 上图显示了摄像头放置的有效位置之一。

提示:
给定树的节点数的范围是 [1, 1000]。
每个节点的值都是 0。

题解:

思路
这道题目首先要想,如何放置,才能让摄像头最小的呢?

从题目中示例,其实可以得到启发,我们发现题目示例中的摄像头都没有放在叶子节点上!

这是很重要的一个线索,摄像头可以覆盖上中下三层,如果把摄像头放在叶子节点上,就浪费的一层的覆盖。

所以把摄像头放在叶子节点的父节点位置,才能充分利用摄像头的覆盖面积。

那么有同学可能问了,为什么不从头结点开始看起呢,为啥要从叶子节点看呢?

因为头结点放不放摄像头也就省下一个摄像头, 叶子节点放不放摄像头省下了的摄像头数量是指数阶别的。

所以我们要从下往上看,局部最优:让叶子节点的父节点安摄像头,所用摄像头最少,整体最优:全部摄像头数量所用最少!

局部最优推出全局最优,找不出反例,那么就按照贪心来!

大体思路就是从低到上,先给叶子节点父节点放个摄像头,然后隔两个节点放一个摄像头,直至到二叉树头结点。

此时这道题目还有两个难点:
(1)确定遍历顺序
可以使用后序遍历也就是左右中的顺序,这样就可以在回溯的过程中从下到上进行推导了。

(2)二叉树的遍历
如何隔两个节点放一个摄像头?此时需要状态转移的公式,大家不要和动态的状态转移公式混到一起,本题状态转移没有择优的过程,就是单纯的状态转移!

来看看这个状态应该如何转移,先来看看每个节点可能有几种状态:
1.该节点无覆盖
2.本节点有摄像头
3.本节点有覆盖

我们分别有三个数字来表示:
0:该节点无覆盖
1:本节点有摄像头
2:本节点有覆盖

因为在遍历树的过程中,就会遇到空节点,那么问题来了,空节点究竟是哪一种状态呢? 空节点表示无覆盖? 表示有摄像头?还是有覆盖呢?

回归本质,为了让摄像头数量最少,我们要尽量让

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