一刷64-二叉树-235二叉搜索树的最近公共祖先(e)

题目:
给定一个二叉搜索树, 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)。”
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搜索树中。

一刷64-二叉树-235二叉搜索树的最近公共祖先(e)

示例:
例如,给定如下二叉搜索树:  root = [6,2,8,0,4,7,9,null,null,3,5]

输入: root = [6,2,8,0,4,7,9,null,null,3,5], p = 2, q = 8
输出: 6 
解释: 节点 2 和节点 8 的最近公共祖先是 6。

输入: root = [6,2,8,0,4,7,9,null,null,3,5], p = 2, q = 4
输出: 2
解释: 节点 2 和节点 4 的最近公共祖先是 2, 因为根据定义最近公共祖先节点可以为节点本身。
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思路:
利用回溯从底向上搜索,遇到一个节点的左子树里有p,右子树里有q,那么当前节点就是最近公共祖先。

那么本题是二叉搜索树,二叉搜索树是有序的,那得好好利用一下这个特点。

在有序树里,如果判断一个节点的左子树里有p,右子树里有q呢?

其实只要从上到下遍历的时候,cur节点是数值在[p, q]区间中则说明该节点cur就是最近公共祖先了。

理解这一点,本题就很好解了。

普通二叉树求最近公共祖先需要使用回溯,从底向上来查找,
二叉搜索树就不用了,因为搜索树有序(相当于自带方向),那么只要从上向下遍历就可以了。

那么我们可以采用前序遍历(其实这里没有中节点的处理逻辑,遍历顺序无所谓了)。

递归法:
递归三部曲如下:

确定递归函数返回值以及参数
参数就是当前节点,以及两个结点 p、q。

返回值是要返回最近公共祖先,所以是TreeNode * 。

代码如下:

TreeNode* traversal(TreeNode* cur, TreeNode* p, TreeNode* q)

确定终止条件
遇到空返回就可以了,代码如下:

if (cur == NULL) return cur;
其实都不需要这个终止条件,因为题目中说了p、q 为不同节点且均存在于给定的二叉搜索树中。
也就是说一定会找到公共祖先的,所以并不存在遇到空的情况。

确定单层递归的逻辑
在遍历二叉搜索树的时候就是寻找区间[p->val, q->val](注意这里是左闭又闭)

那么如果 cur->val 大于 p->val,同时 cur->val 大于q->val,那么就应该向左遍历
(说明目标区间在左子树上)。

需要注意的是此时不知道p和q谁大,所以两个都要判断

代码如下:

if (cur->val > p->val && cur->val > q->val) {
    TreeNode* left = traversal(cur->left, p, q);
    if (left != NULL) {
        return left;
    }
}
细心的同学会发现,在这里调用递归函数的地方,把递归函数的返回值left,直接return。

在二叉树:公共祖先问题中,如果递归函数有返回值,如何区分要搜索一条边,还是搜索整个树。

搜索一条边的写法:

if (递归函数(root->left)) return ;
if (递归函数(root->right)) return ;
搜索整个树写法:

left = 递归函数(root->left);
right = 递归函数(root->right);
left与right的逻辑处理;
本题就是标准的搜索一条边的写法,遇到递归函数的返回值,如果不为空,立刻返回。

如果 cur->val 小于 p->val,同时 cur->val 小于 q->val,那么就应该向右遍历(目标区间在右子树)。

if (cur->val < p->val && cur->val < q->val) {
    TreeNode* right = traversal(cur->right, p, q);
    if (right != NULL) {
        return right;
    }
}
剩下的情况,就是cur节点在区间(p->val <= cur->val && cur->val <= q->val)或者
 (q->val <= cur->val && cur->val <= p->val)中,那么cur就是最近公共祖先了,直接返回cur。

代码如下:
return cur;
那么整体递归代码如下:

class Solution {
private:
    TreeNode* traversal(TreeNode* cur, TreeNode* p, TreeNode* q) {
        if (cur == NULL) return cur;
                                                        // 中
        if (cur->val > p->val && cur->val > q->val) {   // 左
            TreeNode* left = traversal(cur->left, p, q);
            if (left != NULL) {
                return left;
            }
        }

        if (cur->val < p->val && cur->val < q->val) {   // 右
            TreeNode* right = traversal(cur->right, p, q);
            if (right != NULL) {
                return right;
            }
        }
        return cur;
    }
public:
    TreeNode* lowestCommonAncestor(TreeNode* root, TreeNode* p, TreeNode* q) {
        return traversal(root, p, q);
    }
};
迭代法:
利用其有序性,迭代的方式还是比较简单的,解题思路在递归中已经分析了。

迭代代码如下:

class Solution {
public:
    TreeNode* lowestCommonAncestor(TreeNode* root, TreeNode* p, TreeNode* q) {
        while(root) {
            if (root->val > p->val && root->val > q->val) {
                root = root->left;
            } else if (root->val < p->val && root->val < q->val) {
                root = root->right;
            } else return root;
        }
        return NULL;
    }
};
对于二叉搜索树的最近祖先问题,其实要比普通二叉树公共祖先问题简单的多。

不用使用回溯,二叉搜索树自带方向性,可以方便的从上向下查找目标区间,遇到目标区间内的节点,直接返回。

最后给出了对应的迭代法,二叉搜索树的迭代法甚至比递归更容易理解,也是因为其有序性(自带方向性),
按照目标区间找就行了
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代码:
解法一:递归法
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;
	}
}
解法二:迭代法
class Solution{
	public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root,TreeNode p,TreeNode q){
		while(true){
			if(root.val<p.val && root.val < q.val){
				root = root.right;
			}else if(root.val > p.val && root.val > q.val){
				root = root.left;
			}else{
				break;
			}
		}
		return root;
	}
}

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