问题描述
构建一棵二叉树(不一定是二叉查找树),求出该二叉树中某两个结点的最低公共父结点。借用一张图如下:
最低公共父结点的思路
递归,首先从树根开始考虑:
①结点A 和 结点B 要么都在树根的左子树中;②要么都在树根的右子树中;③要么一个在左子树中,一个在右子树中。
这是一个分治算法,对于情况①和②,可以继续递归分解。对于情况③属于代码第10行判断,复杂度为O(1)
递归表达式可表示为:T(N)=2T(N/2)+O(1),解得T(N)=O(N)
对于③,最低公共父结点为树根。
对于①,可以进一步判断,从树根的左孩子结点考虑:
1)结点A 和 结点B 要么都在树根的左子孩子 的 左子树中;2)要么都在树根的左孩子 的 右子树中;3) 要么一个在树根的左孩子的 左子树中,一个在树根的左孩子 的 右子树中。
对于②,可以进一步判断,从树根的右孩子的结点考虑:
1)结点A 和 结点B 要么都在树根的右子孩子 的 左子树中;2)要么都在树根的右孩子 的 右子树中;3) 要么一个在树根的右孩子的 左子树中,一个在树根的右孩子 的 右子树中。
下面代码实现递归求解最低公共父结点。
1 /**
2 * 求解node1 和 node2 的最低公共父结点
3 * @param node1
4 * @param node2
5 * @return 最低公共父结点
6 */
7 public BinaryNode<T> commonNode(BinaryNode<T> node1, BinaryNode<T> node2, BinaryNode<T> root){
8 if(root == null)
9 return null;
10 if(node1.element == root.element || node2.element == root.element)
11 return root;
12 /*
13 * 若 left==null, node1,node2 都不在 root.left子树中
14 * 若right==null,node1,node2 都不在root.right子树中
15 */
16 BinaryNode<T> left = commonNode(node1, node2, root.left);
17 BinaryNode<T> right = commonNode(node1, node2, root.right);
18
19 if(left != null && right != null)
20 return root;
21 return left == null ? right : left;
22 }
根据程序中的第8行和第10行的if语句,可知:
1)若 left==null, 则说明 node1,node2 都不在 root.left子树中
2)若right==null,则说明 node1,node2 都不在root.right子树中
3)当对于某个结点,当执行了第16,17行的递归后 ,left 和 right 都不为空,说明node1 在 该结点.left子树中,node2 在 该结点.right子树中
故第19-20行,返回 该结点 作为公共父结点
例如,求结点8 和 结点5 的最低公共父结点:递归调用过程如下:
a)commNode(8,5,1)==2
b1) commNode(8,5,2)==2
c1) commNode(8,5,4)==8
d1) commNode(8,5,8)==8
d2) commNode(8,5,9)==null
c2) commNode(8,5,5)==5
b2) commNode(8,5,3)==null
a)生成了 b1) b2) 两个递归调用,其中 b2)为空,因为结点8,结点5 不在以3为根的子树中
b1)生成了 c1) c2)两个递归调用,其中 c2) 是commNode(8,5,5),根据程序第10行if,返回5,而c1)又生成了 d1) d2)两个递归调用
其中,d1) 返回8,d2)返回null, 故执行到第21行语句,return 不空的那个left/right,也就是 d1) 返回的结点8
由于 c1)返回了8, c2)返回了5,都不为空,执行到第19-20行,返回它们的root,即,结点4和结点5的公共父结点:结点2
由于 b1) 生成了 c1) c2) 故 b1) 的值是结点2 又因为 b2) 为null
故 a) 最终是 b1) 的值,即为结点2。