二叉树--最近公共父节点

给定二叉树中的任意两点,求解该两点的最近公共父节点。程序大致分为递归和非递归两种方式,下面我们先来认识非递归的方式。

非递归

程序总体的思路:用一种常见高效的数据结构来记录下二叉树中的结构关系,由于是找父节点,所以要用子节点来查找父节点,我们这里用到的是HashMap来进行树形关系的存储。接下来就是先列出一个要求节点的所有父节点,然后比较另一个要求节点的父节点在不在上面的列中,第一个出现的节点,就是我们要求的祖先节点。具体代码如下:

public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
    Map<TreeNode, TreeNode> parent = new HashMap<>();//存储关系
    Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();//辅助队列
    parent.put(root, null);
    queue.add(root);
    while (!parent.containsKey(p) || !parent.containsKey(q)) {
        TreeNode node = queue.poll();
        if (node != null) {
            parent.put(node.left, node);
            parent.put(node.right, node);
            queue.add(node.left);
            queue.add(node.right);
        }
    }
    Set<TreeNode> set = new HashSet<>();//p节点的所有祖先节点
    while (p != null) {
        set.add(p);
        p = parent.get(p);
    }
    while (!set.contains(q)) {//第一个出现的节点,就是return
        q = parent.get(q);
    }
    return q;
}

下面来看递归求解过程(只需要抓住一点,两个节点要么在左子树上,要么在右子树上,root就更简单了):

// recursively
public TreeNode lowestCommonAncestor1(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
    if (root == null || root == p || root == q) {
        return root;
    }
    TreeNode l = lowestCommonAncestor(root.left, p, q);
    TreeNode r = lowestCommonAncestor(root.right, p, q);
    return l != null && r != null?root : l == null?r: l;
}

这个代码写的也是没谁了,尤其是最后的return,只能膜拜一下了,解释一下最后的一句返回:首先,判断左右子树,如果有空,则返回左子树,原因是在递归程序中,先求解的左子树的节点;如果左右都不为空,则返回他们的父节点,则这个节点,就应该是结果;后面又加了一个三目运算符,原因是,上面返回的左子树有可能为null,比如两个节点都在root的右子树上,那么当左子树为空时,则返回右子树;

### 二叉树中最深节点的最低公共父节点算法实现 在二叉树中,找到两个节点的最近公共祖先(Lowest Common Ancestor, LCA)是一个常见的算法问题。最近公共祖先是指在二叉树中,能够同时包含两个给定节点的最低(即最深的)节点。以下是一个解决这个问题的C++实现方法。 #### C++实现 首先,定义二叉树节点的结构: ```cpp struct TreeNode { int val; TreeNode* left; TreeNode* right; TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {} }; ``` 接下来,实现查找最近公共祖先的函数: ```cpp class Solution { public: TreeNode* lowestCommonAncestor(TreeNode* root, TreeNode* p, TreeNode* q) { // 如果根节点为空或者根节点等于p或q,则返回根节点 if (root == nullptr || root == p || root == q) { return root; } // 递归查找左子树和右子树 TreeNode* left = lowestCommonAncestor(root->left, p, q); TreeNode* right = lowestCommonAncestor(root->right, p, q); // 如果左右子树都找到了节点,则当前根节点为公共祖先 if (left != nullptr && right != nullptr) { return root; } // 否则返回非空的一边 return left != nullptr ? left : right; } }; ``` #### 示例 创建一个简单的二叉树并调用上述函数: ```cpp int main() { // 创建二叉树 TreeNode* root = new TreeNode(3); root->left = new TreeNode(5); root->right = new TreeNode(1); root->left->left = new TreeNode(6); root->left->right = new TreeNode(2); root->right->left = new TreeNode(0); root->right->right = new TreeNode(8); root->left->right->left = new TreeNode(7); root->left->right->right = new TreeNode(4); // 查找节点5和1的最近公共祖先 Solution solution; TreeNode* result = solution.lowestCommonAncestor(root, root->left, root->right); std::cout << "Lowest Common Ancestor: " << result->val << std::endl; // 输出3 return 0; } ``` ### 相关问题 1. 如何在二叉树中查找两个节点的最近公共祖先? 2. 二叉树节点的定义和基本操作有哪些? 3. 如何计算二叉树的深度和节点数? 4. 二叉树的遍历方法有哪些?
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