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Java 圖文並茂講解兩種找二元樹的最近公共祖先的方法

2022-04-14 10:00:15

思路一:先假設這棵樹是二元搜尋樹

首先我們補充說明一下什麼是二元搜尋樹:

在二元搜尋樹中,對於每一個節點來說,他的左子樹中的值都比他小,右子樹的中的值都比他大。所以二元搜尋樹的中序遍歷是一組有序的資料。

對於上述這棵樹,假設要求 p q 的最近公共祖先。

那麼它有以下情況:

對於普通的二元樹來說,也無非就這幾種情況:pq都在左,pq都在右,pq一左一右,pq有一個是根節點。

所以分別遞迴的去左子樹和右子樹中找 p q 節點的公共祖先,找到了則返回該節點,沒有找到則返回空。

根據上述思路,我們很容易寫出程式碼

public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
    if(root == null) return null;

    // p 為當前樹的根節點
    if(p == root) return p;
    // q 為當前樹的根節點
    if(q == root) return q;
    
    // 去左子樹中找
    TreeNode left = lowestCommonAncestor(root.left,p,q);
    // 去右子樹中找
    TreeNode right = lowestCommonAncestor(root.right,p,q);

    // 左邊右邊都找到了
    if(left != null && right != null) {
        return root;
    }
    // 左邊找到了,右邊沒找到
    if(left != null) {
        return left;
    }
    if(right != null) {
        return right;
    }
    return null;
}

思路二:假設該樹是用孩子雙親表示法

每個節點會儲存它父親節點的地址,可以層層網上找,直到找到兩連結串列的第一個交點,該交點就是他們的公共祖先。

而對於普通的二元樹來說,只能層層往下找,不能往上,所以要保留兩節點的路徑,直到兩路徑的最後一個相同節點。這裡我們用棧來保留兩個節點的路徑。

先彈出元素多的棧中的元素,然後兩個棧再一起彈出,直到要彈出的節點相等,就是其最近公共祖先。

那麼這裡最大的難點就是儲存路徑。

這裡用棧來儲存路徑,當遍歷到一個節點時,將該節點放入棧中,再遞迴該節點的左樹和右樹找,如果找到了則保留路徑,沒找到則彈出。

假設找下圖的p:

先將根節點放入棧,遞迴root節點的左子樹找,找不到則彈出,在右子樹中找。

當 root 走到 6 的時候,發現該節點的左右均為空,說明在該子樹中沒找到目標節點,彈出 6 ,在 5 的右子樹中繼續找。

同理在 5 的右子樹中也找不到,會彈出直到去 3 的右子樹找,來到 1 ,找到。

// 用於找節點的路徑
public boolean getPath(TreeNode root, TreeNode node, Stack<TreeNode> stack) {
    if(root == null || node == null) {
        return false;
    }
    // 將當前節點放入棧中
    stack.push(root);
    
    if(root.val == node.val) {
        return true;// 找到了
    }
    // 當前節點沒找到,去左子樹找
    boolean flag = getPath(root.left,node,stack);
    // 左子樹中找到了,直接返回
    if(flag) {
        return true;
    }
    // 左子樹沒找到,去右子樹找
    flag = getPath(root.right,node,stack);
    // 右子樹中找到了,直接返回
    if(flag) {
        return true;
    }
    
    // 左右子樹都沒找到,彈出節點
    stack.pop();
    return false;

}
public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
    if(root == null) {
        return null;
    }
    Stack<TreeNode> stackp = new Stack<>();
    Stack<TreeNode> stackq = new Stack<>();

    // 分別得到  p q 的路徑
    getPath(root,p,stackp);
    getPath(root,q,stackq);

    int sizep = stackp.size();
    int sizeq = stackq.size();

    if(sizep > sizeq) {
        int size = sizep - sizeq;
        // 彈出元素直至兩棧中元素個數相等
        while(size > 0) {
            stackp.pop();
            size--;
        }
    }else {
        int size = sizeq - sizep;
        // 彈出元素直至兩棧中元素個數相等
        while(size > 0) {
            stackq.pop();
            size--;
        }
    }

    // 一起彈出,直到找到第一個相同的元素
    while(!stackp.isEmpty() && !stackq.isEmpty()) {
        if(stackp.peek() == stackq.peek()) {
        	// 找到了,就返回該節點
            return stackq.pop();
        }else {
            stackp.pop();
            stackq.pop();
        }
    }
    // 沒找到,返回 null
    return null;
}

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