利用Tarjan算法解决(LCA)二叉搜索树的最近公共祖先问题——数据结构

时间:2024-11-28 10:04:56

相关知识:(来自百度百科)

 LCA(Least Common Ancestors)

即最近公共祖先,是指在有根树中,找出某两个结点u和v最近的公共祖先。

利用Tarjan算法解决(LCA)二叉搜索树的最近公共祖先问题——数据结构

例如:

1和7的最近公共祖先为5;

1和5的最近公共祖先为5;

7和5的最近公共祖先为7;


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)。

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

利用Tarjan算法解决(LCA)二叉搜索树的最近公共祖先问题——数据结构

示例 1:

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。

示例 2:

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。

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。

常见解法:

1.暴力枚举(朴素算法)

遍历树,找到两个节点(A、B)的位置。

将深度较深的节点(A)向树的根部移动到和深度较浅的节点(B)同一深度。

然后两个点一起向上移动,直到重叠。

利用Tarjan算法解决(LCA)二叉搜索树的最近公共祖先问题——数据结构

2.运用DFS序

3.倍增寻找(ST算法)

4.Tarjan算法(离线算法)

5.树链剖分


分析:

这里讨论一下Tarjan算法(因为只看懂了这个)

Tarjan算法其实是一种由Robert Tarjan提出的求解有向图强连通分量的线性时间的算法。

如果把LCA看作一个图的话,就是求连接图中两个元素的最短路径

而这个算法是基于并查集(两个元素是否同一上级)和DFS(深度优先搜索)

DFS的作用是深度遍历整个树,并查集的作用是将该点和其子节点连接成一个集合:如下图每种颜色代表一个集合

利用Tarjan算法解决(LCA)二叉搜索树的最近公共祖先问题——数据结构

个人的理解:

① 如果在上图中找2和8的最近公共祖先,从根节点1开始深度遍历,会首先得到蓝色这个集合(2在集合中)。

② 但在遍历的过程中发现蓝色集合里面没有8,那么就说明8在其他颜色的集合里面。

③ 而蓝色集合与其他颜色集合连接点为1,不用考虑8在哪个集合中,就能够断定2和8的最近公共祖先是1。


Tarjan代码实现:

/**
* 对二叉树节点的定义
* Definition for a binary tree node.
* struct TreeNode {
* int val;
* TreeNode *left;
* TreeNode *right;
* TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {}
* };
*/ class Solution {
public:
TreeNode* lowestCommonAncestor(TreeNode* root, TreeNode* p, TreeNode* q) { if(root == NULL)//若根节点为空,返回NULL
return NULL;
if(root == p || root == q)//当q为p的父节点或p为q的父节点
return root; //这里通过递归实现LCA
TreeNode* left = lowestCommonAncestor(root->left, p, q);
TreeNode* right = lowestCommonAncestor(root->right, p, q); if(left != NULL && right != NULL)
return root;
else if(left != NULL)
return left;//移到节点的左孩子
else if(right != NULL)
return right;//移到节点的右孩子
else
return NULL; }
};