236. 二叉树的最近公共祖先

题目描述

给定一个二叉树, 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 的两个节点 p、q，最近公共祖先表示为一个节点 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）。”

示例 1：

输入：root = [3,5,1,6,2,0,8,null,null,7,4], p = 5, q = 1
输出：3
解释：节点 5 和节点 1 的最近公共祖先是节点 3 。

示例 2：

输入：root = [3,5,1,6,2,0,8,null,null,7,4], p = 5, q = 4
输出：5
解释：节点 5 和节点 4 的最近公共祖先是节点 5 。因为根据定义最近公共祖先节点可以为节点本身。

示例 3：

输入：root = [1,2], p = 1, q = 2
输出：1

提示：

• 树中节点数目在范围 [2, 105] 内。
• -109 <= Node.val <= 109
• 所有 Node.val 互不相同 。
• p != q
• p 和 q 均存在于给定的二叉树中。

方法一：递归

我们递归遍历二叉树：

如果当前节点为空或者等于 $p$ 或者 $q$，则返回当前节点；

否则，我们递归遍历左右子树，将返回的结果分别记为 $left$ 和 $right$。如果 $left$ 和 $right$ 都不为空，则说明 $p$ 和 $q$ 分别在左右子树中，因此当前节点即为最近公共祖先；如果 $left$ 和 $right$ 中只有一个不为空，返回不为空的那个。

时间复杂度 $O(n)$，空间复杂度 $O(n)$。其中 $n$ 为二叉树节点个数。

Java

class Solution {
    public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
        if (root == null || root == p || root == q) {
            return root;
        }
        var left = lowestCommonAncestor(root.left, p, q);
        var right = lowestCommonAncestor(root.right, p, q);
        if (left != null && right != null) {
            return root;
        }
        return left == null ? right : left;
    }
}

C++

class Solution {
public:
    TreeNode* lowestCommonAncestor(TreeNode* root, TreeNode* p, TreeNode* q) {
        if (root == nullptr || root == p || root == q) {
            return root;
        }
        auto left = lowestCommonAncestor(root->left, p, q);
        auto right = lowestCommonAncestor(root->right, p, q);
        if (left && right) {
            return root;
        }
        return left ? left : right;
    }
};

TypeScript

function lowestCommonAncestor(
    root: TreeNode | null,
    p: TreeNode | null,
    q: TreeNode | null,
): TreeNode | null {
    if (!root || root === p || root === q) {
        return root;
    }
    const left = lowestCommonAncestor(root.left, p, q);
    const right = lowestCommonAncestor(root.right, p, q);
    return left && right ? root : left || right;
}

Python

class Solution:
    def lowestCommonAncestor(
        self, root: "TreeNode", p: "TreeNode", q: "TreeNode"
    ) -> "TreeNode":
        if root in (None, p, q):
            return root
        left = self.lowestCommonAncestor(root.left, p, q)
        right = self.lowestCommonAncestor(root.right, p, q)
        return root if left and right else (left or right)