94.Binary Tree Maximum Path Sum-二叉树中的最大路径和(中等题)

二叉树最大路径和算法
本文探讨了在二叉树中寻找具有最大路径和的算法实现,通过递归法和分治法两种策略,详细解析了如何计算任意两点间路径的最大权值之和。

二叉树中的最大路径和

  1. 题目

    给出一棵二叉树,寻找一条路径使其路径和最大,路径可以在任一节点中开始和结束(路径和为两个节点之间所在路径上的节点权值之和)

  2. 样例

    给出一棵二叉树:
    这里写图片描述
    返回 6

  3. 题解

1.递归法
对于所有结点,如果路径把这个节点作为“最高点”,记录最长路径maxValue 。然后在递归中求出最大值即可。 以根节点为例,对于经过根节点的最大路径的计算方式为:
找出左子树中以左子节点为起点的最大路径长度leftV ,和右子树中以右子节点为起点的最大路径长度rightV。然后这个点的maxValue为leftV +rightV+root.val, leftV +root.val, rightV+root.val, root.val中的最大值。需注意函数返回值表示的最大路径的起点必须是root节点。

/**
 * Definition of TreeNode:
 * public class TreeNode {
 *     public int val;
 *     public TreeNode left, right;
 *     public TreeNode(int val) {
 *         this.val = val;
 *         this.left = this.right = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    /**
     * @param root: The root of binary tree.
     * @return: An integer.
     */
    private int maxValue = Integer.MIN_VALUE;

    public int maxPathSum(TreeNode root) {
        getMax(root);
        return maxValue;
    }

    private int getMax(TreeNode root)
    {
        if (root == null)
        {
            return 0;
        }
        int leftV = getMax(root.left);
        int rightV = getMax(root.right);
        maxValue = Math.max(maxValue,root.val+leftV+rightV);
        maxValue = Math.max(maxValue,root.val+leftV);
        maxValue = Math.max(maxValue,root.val+rightV);
        maxValue = Math.max(maxValue,root.val);
        int maxViaThisNode = Math.max(leftV + root.val, root.val);
        return Math.max(rightV + root.val,maxViaThisNode);
    }
}

2.分治法
LeetCode: Binary Tree Maximum Path Sum 解题报告

/**
 * Definition for binary tree
 * public class TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode left;
 *     TreeNode right;
 *     TreeNode(int x) { val = x; }
 * }
 */
public class Solution {
    public class ReturnType {
        int maxSingle;
        int max;
        ReturnType (int maxSingle, int max) {
            this.max = max;
            this.maxSingle = maxSingle;
        }
    }

    public int maxPathSum(TreeNode root) {
        return dfs(root).max;        
    }

    public ReturnType dfs(TreeNode root) {
        ReturnType ret = new ReturnType(Integer.MIN_VALUE, Integer.MIN_VALUE);
        if (root == null) {
            return ret;
        }

        ReturnType left = dfs(root.left);
        ReturnType right = dfs(root.right);

        int cross = root.val;

        // if any of the path of left and right is below 0, don't add it.
        cross += Math.max(0, left.maxSingle);
        cross += Math.max(0, right.maxSingle);

        // 注意,这里不可以把Math.max(left.maxSingle, right.maxSingle) 与root.val加起来,
        // 会有可能越界!
        int maxSingle = Math.max(left.maxSingle, right.maxSingle);

        // may left.maxSingle and right.maxSingle are below 0
        maxSingle = Math.max(maxSingle, 0);
        maxSingle += root.val;

        ret.maxSingle = maxSingle;
        ret.max = Math.max(right.max, left.max);
        ret.max = Math.max(ret.max, cross);

        return ret;
    }
}

Last Update 2016.10.8

这段代码是一个经典的 **二叉树中的最大路径**(LeetCode 第124)的解法,使用了 **DFS(深度优先搜索) + 动态规划思想**。 你提供的代码使用了 C++14 以后的特性,如 **lambda 表达式递归(`this auto&& dfs`)** **立即调用 lambda** 的方式来实现递归 DFS。这种写法在 LeetCode 等 OJ 平台上非常常见,但如果你希望在 **Visual Studio(VS)等标准编译器下编译运行**,这段代码 **可能无法通过编译**,因为 `this auto&& dfs` 这种写法不是标准 C++,而是某些编译器的扩展(比如 GCC 支持,但 MSVC 不支持)。 --- ### ✅ VS 兼容的完整版本(标准 C++17 写法) 下面是可以在 Visual Studio 上正常编译运行的完整版本: ```cpp #include <iostream> #include <algorithm> #include <climits> using namespace std; // Definition for a binary tree node. struct TreeNode { int val; TreeNode *left; TreeNode *right; TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {} }; class Solution { public: int maxPathSum(TreeNode* root) { int ans = INT_MIN; dfs(root, ans); return ans; } private: // 返回以当前节点为结尾的最大路径 int dfs(TreeNode* node, int& ans) { if (!node) return 0; // 递归左右子树 int left_gain = max(dfs(node->left, ans), 0); // 只取正值 int right_gain = max(dfs(node->right, ans), 0); // 当前节点作为最高点,计算路径 int current_path_sum = left_gain + right_gain + node->val; ans = max(ans, current_path_sum); // 返回当前节点的最大(只能选一边) return max(left_gain + node->val, right_gain + node->val); } }; ``` --- ### ✅ 示例 main 函数(用于测试) ```cpp int main() { // 构造一个测试二叉树: // 1 // / \ // 2 3 TreeNode* root = new TreeNode(1); root->left = new TreeNode(2); root->right = new TreeNode(3); Solution sol; cout << "Maximum Path Sum: " << sol.maxPathSum(root) << endl; // 输出 6 // 清理内存 delete root->left; delete root->right; delete root; return 0; } ``` --- ### ✅ VS 编译注意事项: - **不支持 `this auto&& dfs` 写法**(这是 GCC 的扩展)。 - 使用标准的类成员函数或普通函数来递归是兼容性更好的方式。 - 使用 `std::function` 也可以实现递归 lambda,但效率略低。 --- ### ✅ 使用 `std::function` 的版本(兼容性较好) ```cpp #include <functional> int maxPathSum(TreeNode* root) { int ans = INT_MIN; function<int(TreeNode*)> dfs = [&](TreeNode* node) { if (!node) return 0; int l = max(dfs(node->left), 0); int r = max(dfs(node->right), 0); ans = max(ans, l + r + node->val); return max(l, r) + node->val; }; dfs(root); return ans; } ``` --- ###
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