编程之美-求二叉树中节点的最大距离

写书评，赢取《编程之美——微软技术面试心得》www.ieee.org.cn/BCZM.asp 求二叉树中节点的最大距离 如果我们把二叉树看成一个图，父子节点之间的连线看成是双向的，我们姑且定义“距 离”为两个节点之间边的个数。 写一个程序求一棵二叉树中相距最远的两个节点之间的距离。 如图 3-11 所示，粗箭头的边表示最长距离： 图 3-11 树中相距最远的两个节点 A，B 写书评，赢取《编程之美——微软技术面试心得》www.ieee.org.cn/BCZM.asp 分析与解法 我们先画几个不同形状的二叉树，（如图 3-12 所示），看看能否得到一些启示。 图 3-12 几个例子  从例子中可以看出，相距最远的两个节点，一定是两个叶子节点，或者是一个叶子节点 到它的根节点。（为什么？） 【解法一】 根据相距最远的两个节点一定是叶子节点这个规律，我们可以进一步讨论。 对于任意一个节点，以该节点为根，假设这个根有 K 个孩子节点，那么相距最远的两 个节点 U 和 V 之间的路径与这个根节点的关系有两种情况： 1. 若路径经过根Root，则U和V是属于不同子树的，且它们都是该子树中到根节点最远 的节点，否则跟它们的距离最远相矛盾。这种情况如图3-13所示： 图 3-13 相距最远的节点在左右最长的子树中 写书评，赢取《编程之美——微软技术面试心得》www.ieee.org.cn/BCZM.asp 2. 如果路径不经过Root，那么它们一定属于根的K个子树之一。并且它们也是该子树中 相距最远的两个顶点。如图3-14中的节点A： 图 3-14 相距最远的节点在某个子树下 因此，问题就可以转化为在子树上的解，从而能够利用动态规划来解决。 设第 K 棵子树中相距最远的两个节点：Uk和 Vk，其距离定义为 d（Uk, Vk），那么节点 Uk或 Vk即为子树 K 到根节点 Rk距离最长的节点。不失一般性，我们设 Uk为子树 K 中到根 节点 Rk距离最长的节点，其到根节点的距离定义为 d（Uk, R）。取 d（Ui, R）（1≤i≤k）中 最大的两个值 max1 和 max2，那么经过根节点 R 的最长路径为 max1+max2+2，所以树 R 中 相距最远的两个点的距离为：max{d（U1, V1）, …, d（Uk, Vk），max1+max2+2}。 采用深度优先搜索如图 3-15，只需要遍历所有的节点一次，时间复杂度为 O（|E|）= O （|V|-1），其中 V 为点的集合，E 为边的集合。 图 3-15 深度遍历示意图  示例代码如下，我们使用二叉树来实现该算法。 代码清单 3-11 // 数据结构定义 写书评，赢取《编程之美——微软技术面试心得》www.ieee.org.cn/BCZM.asp struct NODE { NODE* pLeft; // 左孩子 NODE* pRight; // 右孩子 int nMaxLeft; // 左子树中的最长距离 int nMaxRight; // 右子树中的最长距离 char chValue; // 该节点的值 }; int nMaxLen = 0; // 寻找树中最长的两段距离 void FindMaxLen(NODE* pRoot) { // 遍历到叶子节点，返回 if(pRoot == NULL) { return; } // 如果左子树为空，那么该节点的左边最长距离为0 if(pRoot -> pLeft == NULL) { pRoot -> nMaxLeft = 0; } // 如果右子树为空，那么该节点的右边最长距离为0 if(pRoot -> pRight == NULL) { pRoot -> nMaxRight = 0; } // 如果左子树不为空，递归寻找左子树最长距离 if(pRoot -> pLeft != NULL) { FindMaxLen(pRoot -> pLeft); } // 如果右子树不为空，递归寻找右子树最长距离 if(pRoot -> pRight != NULL) { FindMaxLen(pRoot -> pRight); } // 计算左子树最长节点距离 if(pRoot -> pLeft != NULL) { int nTempMax = 0; if(pRoot -> pLeft -> nMaxLeft > pRoot -> pLeft -> nMaxRight) { nTempMax = pRoot -> pLeft -> nMaxLeft; } else { nTempMax = pRoot -> pLeft -> nMaxRight; } pRoot -> nMaxLeft = nTempMax + 1; } // 计算右子树最长节点距离 if(pRoot -> pRight != NULL) 写书评，赢取《编程之美——微软技术面试心得》www.ieee.org.cn/BCZM.asp { int nTempMax = 0; if(pRoot -> pRight -> nMaxLeft > pRoot -> pRight -> nMaxRight) { nTempMax = pRoot -> pRight -> nMaxLeft; } else { nTempMax = pRoot -> pRight -> nMaxRight; } pRoot -> nMaxRight = nTempMax + 1; } // 更新最长距离 if(pRoot -> nMaxLeft + pRoot -> nMaxRight > nMaxLen) { nMaxLen = pRoot -> nMaxLeft + pRoot -> nMaxRight; } }  扩展问题 在代码中，我们使用了递归的办法来完成问题的求解。那么是否有非递归的算法来解决 这个问题呢？ 总结 对于递归问题的分析，笔者有一些小小的体会： 1. 先弄清楚递归的顺序。在递归的实现中，往往需要假设后续的调用已经完成，在此 基础之上，才实现递归的逻辑。在该题中，我们就是假设已经把后面的长度计算出 来了，然后继续考虑后面的逻辑； 2. 分析清楚递归体的逻辑，然后写出来。比如在上面的问题中，递归体的逻辑就是如 何计算两边最长的距离； 3. 考虑清楚递归退出的边界条件。也就说，哪些地方应该写return。 注意到以上 3 点，在面对递归问题的时候，我们将总是有章可循。