算法:二叉搜索树的最近公共祖先

题目

函数:

java 复制代码
class Solution {
    public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
        
    }
}

思路

假设p的值小于q

在二叉搜索树中,从根节点开始遍历,遇到的第一个值介于 p 和 q 之间的节点,就是它们的最近公共祖先。

下面是详细的解释,说明为什么这是必然的。

1. 逻辑推理:从根节点开始的"决策"过程

让我们从根节点 root 开始向下查找,假设 p.val < q.val。对于我们当前所在的任何节点 curr,只有三种可能性:

情况一:curr.val 比 p 和 q 的值都大
  • curr.val > q.val (因此也必然 curr.val > p.val)
  • 推理 :根据 BST 的特性,既然 pq 的值都比 curr 小,那么它们必定 都位于 curr左子树中。
  • 结论curr 可能是 pq 的一个公共祖先,但它不是最近的 ,因为它的左孩子 curr.left 是一个更"低"(更近)的公共祖先。因此,我们应该继续在左子树中寻找,即 curr = curr.left
情况二:curr.val 比 p 和 q 的值都小
  • curr.val < p.val (因此也必然 curr.val < q.val)
  • 推理 :根据 BST 的特性,既然 pq 的值都比 curr 大,那么它们必定 都位于 curr右子树中。
  • 结论curr 同样可能是公共祖先,但也不是最近的。一个更近的祖先在它的右子树中。因此,我们应该继续向右寻找,即 curr = curr.right
情况三:curr.val 介于 p 和 q 的值之间 (你问题的核心)
  • p.val <= curr.val <= q.val
  • 推理
    • 因为 p.val <= curr.val,所以节点 p 不可能curr 的右子树中。它只可能在 curr左子树 中,或者 p 就是 curr 本身。
    • 因为 q.val >= curr.val,所以节点 q 不可能curr 的左子树中。它只可能在 curr右子树 中,或者 q 就是 curr 本身。
  • 结论 :这是我们从根节点下来,第一次 遇到一个节点,使得 pq 被"分叉"到了它的不同子树(或其中一个是该节点本身)。
    • 任何在 curr 之上 的节点(我们之前访问过的),pq 都位于其同一侧(要么都在左边,要么都在右边),所以它们虽然是公共祖先,但不是"最近"的。
    • 任何在 curr 之下 的节点,都不可能是公共祖先了,因为 pq 已经分道扬镳,一个在左,一个在右。
  • 因此,这个"分叉点" curr 必然 是它们的最近公共祖先

代码

java 复制代码
class Solution {
    public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
        if(root==null) return null;
        if(p.val > q.val) return lowestCommonAncestor(root, q, p);
        if(root.val > q.val) return lowestCommonAncestor(root.left, p, q);
        if(root.val < p.val) return lowestCommonAncestor(root.right, p, q);
        return root;
    }
}
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