Leetcode 310. Minimum Height Trees

本文介绍了解决寻找最小高度树问题的两种方法。方法一通过找到最长路径的中点来确定根节点,方法二则从叶节点开始逐步逼近根节点。通过实例展示了如何使用这两种方法找到所有最小高度树的根节点。

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310. Minimum Height Trees

题目

For a undirected graph with tree characteristics, we can choose any node as the root. The result graph is then a rooted tree. Among all possible rooted trees, those with minimum height are called minimum height trees (MHTs). Given such a graph, write a function to find all the MHTs and return a list of their root labels.

Format
The graph contains n nodes which are labeled from 0 to n - 1. You will be given the number n and a list of undirected edges (each edge is a pair of labels).

You can assume that no duplicate edges will appear in edges. Since all edges are undirected, [0, 1] is the same as [1, 0] and thus will not appear together in edges.

Example 1 :

Input: n = 4, edges = [[1, 0], [1, 2], [1, 3]]

        0
        |
        1
       / \
      2   3 

Output: [1]

Example 2 :

Input: n = 6, edges = [[0, 3], [1, 3], [2, 3], [4, 3], [5, 4]]

     0  1  2
      \ | /
        3
        |
        4
        |
        5 

Output: [3, 4]

Note:

  • According to the definition of tree on Wikipedia: “a tree is an undirected graph in which any two vertices are connected by exactly one path. In other words, any connected graph without simple cycles is a tree.”
  • The height of a rooted tree is the number of edges on the longest downward path between the root and a leaf.

解题思路

方法一:求最长路径的中点

最小高度树的根节点一定是最长叶到叶节点的路径的中点,找到最长路径的两个叶节点的算法为:

(1)从任意节点开始(这里选0号节点),用bfs找到离该节点最远的叶节点;

(2)从找到的叶节点开始,用bfs找到离该叶节点最远的叶节点;

(3)这两个叶节点间的路径即为最长路径。

为了找到这两个叶节点间的中间节点,可以在bfs时,记录路径长度以及在该路径上每个节点的先前节点,然后从第2个叶节点开始,沿先前节点路径移动一半的路径长度即可,如果路径长度为偶数,则有2个中间节点,否则,只有一个。

代码如下:

class Solution {
public:
    vector<int> findMinHeightTrees(int n, vector<pair<int, int>>& edges) {
        vector<vector<int>> graph(n);
        vector<int> prev(n);
        int len;
        for (auto p : edges) {
        	graph[p.first].push_back(p.second);
        	graph[p.second].push_back(p.first);
        }

        int leaf1 = findFarthestLeaf(graph, 0, len, prev);
        int leaf2 = findFarthestLeaf(graph, leaf1, len, prev);

        for(int i = 0; i < (len - 1) / 2; i++) {
            leaf2 = prev[leaf2];
        }
        if(len % 2) return vector<int>{leaf2};
        else return vector<int>{leaf2, prev[leaf2]};
    }

    int findFarthestLeaf(vector<vector<int>>& graph, int start, int& len, vector<int>& prev) {
    		int n = graph.size();
    		vector<bool> visited(n, false);
    		queue<int> q;
    		visited[start] = true;
    		q.push(start);
    		len = 0;
    		int leaf;
    		while(!q.empty()) {
    			len++;
    			int size = q.size();
    			while(size-- > 0) {
    				int f = q.front();
    				q.pop();
    				leaf = f;
    				for(int nei : graph[f]) {
    					if (!visited[nei]) {
    						q.push(nei);
    						visited[nei] = true;
    						prev[nei] = f;
    					}
    				}
    			}
    		}
    		return leaf;
    }
};

方法二:从叶节点开始bfs,逐渐逼近根节点

原理:不断删除叶节点,在删除叶节点后,会生成新的叶节点,循环删除,最后只剩下1个或2个节点,则这1个或2个节点就是最小高度树的根节点。

实现细节:确定一个节点是否是叶节点,可以记录节点的出入度,将叶节点删除后,叶节点的相邻节点的出入度减小1,若变为1,则说明该相邻节点变为新的叶节点。可以用一个vector<bool> visited记录节点是否被删除。

代码如下:

class Solution {
public:
    vector<int> findMinHeightTrees(int n, vector<pair<int, int>>& edges) {
        if (n == 1) return {0};
        vector<vector<int>> graph(n);
        vector<int> res;
        queue<int> q;
        vector<int> degree(n, 0);
        vector<bool> visited(n, false);
        for (auto p : edges) {
        	graph[p.first].push_back(p.second);
        	graph[p.second].push_back(p.first);
        	degree[p.first]++;
        	degree[p.second]++;
        }
        for (int i = 0; i < n; i++) {
        	if (degree[i] == 1) {
        		q.push(i);
        		visited[i] == true;
        	}
        }
        while(n > 2) {
        	int leafSize = q.size();
        	n -= leafSize;
        	while (leafSize-- > 0) {
        		int leaf = q.front();
        		q.pop();
        		for (int leafNeibor : graph[leaf]){
        			if (!visited[leafNeibor]) {
        				degree[leafNeibor]--;
        				if (degree[leafNeibor] == 1) {
		        			q.push(leafNeibor);
		        			visited[leafNeibor] = true;
		        		}
        			}        		
        		}
        	}
        } 
        while(!q.empty()) {
        	res.push_back(q.front());
        	q.pop();
        }
        return res;
    }
};
标题基于SpringBoot+Vue的学生交流互助平台研究AI更换标题第1章引言介绍学生交流互助平台的研究背景、意义、现状、方法与创新点。1.1研究背景与意义分析学生交流互助平台在当前教育环境下的需求及其重要性。1.2国内外研究现状综述国内外在学生交流互助平台方面的研究进展与实践应用。1.3研究方法与创新点概述本研究采用的方法论、技术路线及预期的创新成果。第2章相关理论阐述SpringBoot与Vue框架的理论基础及在学生交流互助平台中的应用。2.1SpringBoot框架概述介绍SpringBoot框架的核心思想、特点及优势。2.2Vue框架概述阐述Vue框架的基本原理、组件化开发思想及与前端的交互机制。2.3SpringBoot与Vue的整合应用探讨SpringBoot与Vue在学生交流互助平台中的整合方式及优势。第3章平台需求分析深入分析学生交流互助平台的功能需求、非功能需求及用户体验要求。3.1功能需求分析详细阐述平台的各项功能需求,如用户管理、信息交流、互助学习等。3.2非功能需求分析对平台的性能、安全性、可扩展性等非功能需求进行分析。3.3用户体验要求从用户角度出发,提出平台在易用性、美观性等方面的要求。第4章平台设计与实现具体描述学生交流互助平台的架构设计、功能实现及前后端交互细节。4.1平台架构设计给出平台的整体架构设计,包括前后端分离、微服务架构等思想的应用。4.2功能模块实现详细阐述各个功能模块的实现过程,如用户登录注册、信息发布与查看、在线交流等。4.3前后端交互细节介绍前后端数据交互的方式、接口设计及数据传输过程中的安全问题。第5章平台测试与优化对平台进行全面的测试,发现并解决潜在问题,同时进行优化以提高性能。5.1测试环境与方案介绍测试环境的搭建及所采用的测试方案,包括单元测试、集成测试等。5.2测试结果分析对测试结果进行详细分析,找出问题的根源并
内容概要:本文详细介绍了一个基于灰狼优化算法(GWO)优化的卷积双向长短期记忆神经网络(CNN-BiLSTM)融合注意力机制的多变量多步时间序列预测项目。该项目旨在解决传统时序预测方法难以捕捉非线性、复杂时序依赖关系的问题,通过融合CNN的空间特征提取、BiLSTM的时序建模能力及注意力机制的动态权重调节能力,实现对多变量多步时间序列的精准预测。项目不仅涵盖了数据预处理、模型构建与训练、性能评估,还包括了GUI界面的设计与实现。此外,文章还讨论了模型的部署、应用领域及其未来改进方向。 适合人群:具备一定编程基础,特别是对深度学习、时间序列预测及优化算法有一定了解的研发人员和数据科学家。 使用场景及目标:①用于智能电网负荷预测、金融市场多资产价格预测、环境气象多参数预报、智能制造设备状态监测与预测维护、交通流量预测与智慧交通管理、医疗健康多指标预测等领域;②提升多变量多步时间序列预测精度,优化资源调度和风险管控;③实现自动化超参数优化,降低人工调参成本,提高模型训练效率;④增强模型对复杂时序数据特征的学习能力,促进智能决策支持应用。 阅读建议:此资源不仅提供了详细的代码实现和模型架构解析,还深入探讨了模型优化和实际应用中的挑战与解决方案。因此,在学习过程中,建议结合理论与实践,逐步理解各个模块的功能和实现细节,并尝试在自己的项目中应用这些技术和方法。同时,注意数据预处理的重要性,合理设置模型参数与网络结构,控制多步预测误差传播,防范过拟合,规划计算资源与训练时间,关注模型的可解释性和透明度,以及持续更新与迭代模型,以适应数据分布的变化。
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