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1123. 最深叶节点的最近公共祖先

题目描述

给你一个有根节点 root 的二叉树，返回它 最深的叶节点的最近公共祖先 。

回想一下：

  • 叶节点 是二叉树中没有子节点的节点
  • 树的根节点的 深度 为 0，如果某一节点的深度为 d，那它的子节点的深度就是 d+1
  • 如果我们假定 A 是一组节点 S 的 最近公共祖先，S 中的每个节点都在以 A 为根节点的子树中，且 A 的深度达到此条件下可能的最大值。

 

示例 1：

输入：root = [3,5,1,6,2,0,8,null,null,7,4]
输出：[2,7,4]
解释：我们返回值为 2 的节点，在图中用黄色标记。
在图中用蓝色标记的是树的最深的节点。
注意，节点 6、0 和 8 也是叶节点，但是它们的深度是 2 ，而节点 7 和 4 的深度是 3 。

示例 2：

输入：root = [1]
输出：[1]
解释：根节点是树中最深的节点，它是它本身的最近公共祖先。

示例 3：

输入：root = [0,1,3,null,2]
输出：[2]
解释：树中最深的叶节点是 2 ，最近公共祖先是它自己。

 

提示：

  • 树中的节点数将在 [1, 1000] 的范围内。
  • 0 <= Node.val <= 1000
  • 每个节点的值都是 独一无二 的。

 

注意：本题与力扣 865 重复：https://leetcode.cn/problems/smallest-subtree-with-all-the-deepest-nodes/

解法

方法一：DFS

我们设计一个函数 \(dfs(root)\)，它将返回一个二元组 \((l, d)\)，其中 \(l\) 是节点 \(root\) 的最深公共祖先，而 \(d\) 是节点 \(root\) 的深度。函数 \(dfs(root)\) 的执行逻辑如下：

  • 如果 \(root\) 为空，则返回二元组 \((None, 0)\)；
  • 否则，我们递归调用 \(dfs(root.left)\) 和 \(dfs(root.right)\)，得到二元组 \((l, d_1)\) 和 \((r, d_2)\)。如果 \(d_1 \gt d_2\)，则 \(root\) 的最深公共祖先节点为 \(l\)，深度为 \(d_1 + 1\)；如果 \(d_1 \lt d_2\)，则 \(root\) 的最深公共祖先节点为 \(r\)，深度为 \(d_2 + 1\)；如果 \(d_1 = d_2\)，则 \(root\) 的最深公共祖先节点为 \(root\)，深度为 \(d_1 + 1\)。

我们在主函数中调用 \(dfs(root)\)，并返回其返回值的第一个元素，即可得到最深公共祖先节点。

时间复杂度 \(O(n)\)，空间复杂度 \(O(n)\)。其中 \(n\) 是二叉树的节点数。

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# Definition for a binary tree node.
# class TreeNode:
#     def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
#         self.val = val
#         self.left = left
#         self.right = right
class Solution:
    def lcaDeepestLeaves(self, root: Optional[TreeNode]) -> Optional[TreeNode]:
        def dfs(root):
            if root is None:
                return None, 0
            l, d1 = dfs(root.left)
            r, d2 = dfs(root.right)
            if d1 > d2:
                return l, d1 + 1
            if d1 < d2:
                return r, d2 + 1
            return root, d1 + 1

        return dfs(root)[0]

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/**
 * Definition for a binary tree node.
 * public class TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode left;
 *     TreeNode right;
 *     TreeNode() {}
 *     TreeNode(int val) { this.val = val; }
 *     TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right) {
 *         this.val = val;
 *         this.left = left;
 *         this.right = right;
 *     }
 * }
 */
class Solution {
    public TreeNode lcaDeepestLeaves(TreeNode root) {
        return dfs(root).getKey();
    }

    private Pair<TreeNode, Integer> dfs(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return new Pair<>(null, 0);
        }
        Pair<TreeNode, Integer> l = dfs(root.left);
        Pair<TreeNode, Integer> r = dfs(root.right);
        int d1 = l.getValue(), d2 = r.getValue();
        if (d1 > d2) {
            return new Pair<>(l.getKey(), d1 + 1);
        }
        if (d1 < d2) {
            return new Pair<>(r.getKey(), d2 + 1);
        }
        return new Pair<>(root, d1 + 1);
    }
}

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/**
 * Definition for a binary tree node.
 * struct TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode *left;
 *     TreeNode *right;
 *     TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}
 *     TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}
 *     TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    TreeNode* lcaDeepestLeaves(TreeNode* root) {
        auto dfs = [&](this auto&& dfs, TreeNode* root) -> pair<TreeNode*, int> {
            if (!root) {
                return {nullptr, 0};
            }
            auto [l, d1] = dfs(root->left);
            auto [r, d2] = dfs(root->right);
            if (d1 > d2) {
                return {l, d1 + 1};
            }
            if (d1 < d2) {
                return {r, d2 + 1};
            }
            return {root, d1 + 1};
        };
        return dfs(root).first;
    }
};

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/**
 * Definition for a binary tree node.
 * type TreeNode struct {
 *     Val int
 *     Left *TreeNode
 *     Right *TreeNode
 * }
 */
type pair struct {
    first  *TreeNode
    second int
}

func lcaDeepestLeaves(root *TreeNode) *TreeNode {
    var dfs func(root *TreeNode) pair
    dfs = func(root *TreeNode) pair {
        if root == nil {
            return pair{nil, 0}
        }
        l, r := dfs(root.Left), dfs(root.Right)
        d1, d2 := l.second, r.second
        if d1 > d2 {
            return pair{l.first, d1 + 1}
        }
        if d1 < d2 {
            return pair{r.first, d2 + 1}
        }
        return pair{root, d1 + 1}
    }
    return dfs(root).first
}

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/**
 * Definition for a binary tree node.
 * class TreeNode {
 *     val: number
 *     left: TreeNode | null
 *     right: TreeNode | null
 *     constructor(val?: number, left?: TreeNode | null, right?: TreeNode | null) {
 *         this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 *         this.left = (left===undefined ? null : left)
 *         this.right = (right===undefined ? null : right)
 *     }
 * }
 */

function lcaDeepestLeaves(root: TreeNode | null): TreeNode | null {
    const dfs = (root: TreeNode | null): [TreeNode | null, number] => {
        if (root === null) {
            return [null, 0];
        }
        const [l, d1] = dfs(root.left);
        const [r, d2] = dfs(root.right);
        if (d1 > d2) {
            return [l, d1 + 1];
        }
        if (d1 < d2) {
            return [r, d2 + 1];
        }
        return [root, d1 + 1];
    };
    return dfs(root)[0];
}

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/**
 * Definition for a binary tree node.
 * public class TreeNode {
 *     public int val;
 *     public TreeNode left;
 *     public TreeNode right;
 *     public TreeNode(int val = 0, TreeNode left = null, TreeNode right = null) {
 *         this.val = val;
 *         this.left = left;
 *         this.right = right;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public TreeNode LcaDeepestLeaves(TreeNode root) {
        (TreeNode, int) Dfs(TreeNode root) {
            if (root == null) {
                return (null, 0);
            }

            var l = Dfs(root.left);
            var r = Dfs(root.right);
            int d1 = l.Item2;
            int d2 = r.Item2;

            if (d1 > d2) {
                return (l.Item1, d1 + 1);
            }
            if (d1 < d2) {
                return (r.Item1, d2 + 1);
            }
            return (root, d1 + 1);
        }

        return Dfs(root).Item1;
    }
}

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