树:剑指 Offer 68 - II. 二叉树的最近公共祖先

发布时间 2023-04-06 15:39:56作者: ZDREAMER

题目描述:

给定一个二叉树, 找到该树中两个指定节点的最近公共祖先。

百度百科中最近公共祖先的定义为:

“对于有根树 T 的两个结点 p、q,最近公共祖先表示为一个结点 x,满足 x 是 p、q 的祖先且 x 的深度尽可能大(一个节点也可以是它自己的祖先)。”

 

例如,给定如下二叉树:  root = [3,5,1,6,2,0,8,null,null,7,4]

 

示例 1:

输入: root = [3,5,1,6,2,0,8,null,null,7,4], p = 5, q = 1
输出: 3
解释: 节点 5 和节点 1 的最近公共祖先是节点 3。

 

 

示例 2:

输入: root = [3,5,1,6,2,0,8,null,null,7,4], p = 5, q = 4
输出: 5
解释: 节点 5 和节点 4 的最近公共祖先是节点 5。因为根据定义最近公共祖先节点可以为节点本身。

 

说明:

  • 所有节点的值都是唯一的。
  • p、q 为不同节点且均存在于给定的二叉树中。

 

解题思路:
祖先的定义: 若节点 p 在节点 root 的左(右)子树中,或 p=root ,则称 root 是 p 的祖先。

最近公共祖先的定义: 设节点 root 为节点 p, q的某公共祖先,若其左子节点 root.left 和右子节点 root.right 都不是 p,q 的公共祖先,则称 root 是 “最近的公共祖先” 。

 

根据以上定义,若root 是 p,q 的 最近公共祖先 ,则只可能为以下情况之一:

  1.p 和 q 在 root 的子树中,且分列 root 的 异侧(即分别在左、右子树中);
  2.p=root ,且 q 在 root 的左或右子树中;
  3.q=root ,且 p 在 root 的左或右子树中;

 


考虑通过递归对二叉树进行先序遍历,当遇到节点 p 或 q 时返回。从底至顶回溯,当节点 p,q 在节点 root 的异侧时,节点 root 即为最近公共祖先,则向上返回 root 。

 

递归解析:

1.终止条件:
  1).当越过叶节点,则直接返回 null ;
  2).当 root 等于 p,q ,则直接返回 root ;


2.递推工作:
  1).开启递归左子节点,返回值记为 left ;
  2).开启递归右子节点,返回值记为 right ;


3.返回值: 根据 left 和 right ,可展开为四种情况;
  1)当 left 和 right 同时为空 :说明 root 的左 / 右子树中都不包含 p,q ,返回 null ;
  2)当 left 和 right 同时不为空 :说明 p,q 分列在 root 的 异侧 (分别在 左 / 右子树),因此 root 为最近公共祖先,返回 root ;
  3)当 left 为空 ,right 不为空 :p,q 都不在 root 的左子树中,直接返回right 。具体可分为两种情况:
    ①.p,q 其中一个在 root 的 右子树 中,此时 right 指向 p(假设为 p );
    ②.p,q 两节点都在 root 的 右子树 中,此时的 right 指向 最近公共祖先节点 ;
  4).当 left 不为空 , right 为空 :与情况 3. 同理;

 

 

复杂度分析:
  时间复杂度 O(N) : 其中 N 为二叉树节点数;最差情况下,需要递归遍历树的所有节点。
  空间复杂度 O(N) : 最差情况下,递归深度达到 N ,系统使用 O(N) 大小的额外空间。

 

class TreeNode{
    int val;
    TreeNode left;
    TreeNode right;
    public TreeNode(int x){
        val = x;
    }
    public TreeNode(int x,TreeNode left,TreeNode right){
        val = x;
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
}
class Solution{
    public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root,TreeNode p,TreeNode q){
        if(root==null||root==p||root==q) return root;
        TreeNode left = lowestCommonAncestor(root.left,p,q);
        TreeNode right = lowestCommonAncestor(root.right,p,q);
        if(left==null) return right;// 3.  1. //if(left == null && right == null) return null; 
        if(right==null) return left;// 4.
        return root;// 2.if(left != null and right != null)
    }
}