[Leetcode] Lowest Common Ancestor of a Binary Tree 最小公共祖先

本文介绍如何在二叉搜索树及一般二叉树中寻找两个节点的最低公共祖先。针对二叉搜索树,利用其特性进行高效查找;而对于一般二叉树,则采用深度优先搜索策略。

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Lowest Common Ancestor of a Binary Search Tree

Given a binary search tree (BST), find the lowest common ancestor (LCA) of two given nodes in the BST.

According to the definition of LCA on Wikipedia: “The lowest common ancestor is defined between two nodes v and w as the lowest node in T that has both v and w as descendants (where we allow a node to be a descendant of itself).”

        _______6______
       /              \
    ___2__          ___8__
   /      \        /      \
   0      _4       7       9
         /  \
         3   5

For example, the lowest common ancestor (LCA) of nodes 2 and 8 is 6. Another example is LCA of nodes 2 and 4 is 2, since a node can be a descendant of itself according to the LCA definition.

二分法

复杂度

时间 O(h) 空间 O(h) 递归栈空间

思路

对于二叉搜索树,公共祖先的值一定大于等于较小的节点,小于等于较大的节点。换言之,在遍历树的时候,如果当前结点大于两个节点,则结果在当前结点的左子树里,如果当前结点小于两个节点,则结果在当前节点的右子树里。

代码

public class Solution {
    public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
        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;
    }
}

Lowest Common Ancestor of a Binary Tree

Given a binary tree, find the lowest common ancestor (LCA) of two given nodes in the tree.

According to the definition of LCA on Wikipedia: “The lowest common ancestor is defined between two nodes v and w as the lowest node in T that has both v and w as descendants (where we allow a node to be a descendant of itself).”

        _______3______
       /              \
    ___5__          ___1__
   /      \        /      \
   6      _2       0       8
         /  \
         7   4

For example, the lowest common ancestor (LCA) of nodes 5 and 1 is 3. Another example is LCA of nodes 5 and 4 is 5, since a node can be a descendant of itself according to the LCA definition.

深度优先标记

复杂度

时间 O(h) 空间 O(h) 递归栈空间

思路

我们可以用深度优先搜索,从叶子节点向上,标记子树中出现目标节点的情况。如果子树中有目标节点,标记为那个目标节点,如果没有,标记为null。显然,如果左子树、右子树都有标记,说明就已经找到最小公共祖先了。如果在根节点为p的左右子树中找p、q的公共祖先,则必定是p本身。

换个角度,可以这么想:如果一个节点左子树有两个目标节点中的一个,右子树没有,那这个节点肯定不是最小公共祖先。如果一个节点右子树有两个目标节点中的一个,左子树没有,那这个节点肯定也不是最小公共祖先。只有一个节点正好左子树有,右子树也有的时候,才是最小公共祖先。

代码

public class Solution {
    public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
        //发现目标节点则通过返回值标记该子树发现了某个目标结点
        if(root == null || root == p || root == q) return root;
        //查看左子树中是否有目标结点,没有为null
        TreeNode left = lowestCommonAncestor(root.left, p, q);
        //查看右子树是否有目标节点,没有为null
        TreeNode right = lowestCommonAncestor(root.right, p, q);
        //都不为空,说明做右子树都有目标结点,则公共祖先就是本身
        if(left!=null&&right!=null) return root;
        //如果发现了目标节点,则继续向上标记为该目标节点
        return left == null ? right : left;
    }
}
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