由浅入深：求给定两个树节点的最低公共祖先（二叉树、普通树结构）JAVA实现

最近看了一道面试题目，觉得很有意思，而且常常被问到，今天综合归纳了一下这道题目，并给出了各种变形题目，附上JAVA版的程序解答。

题目是这样的：寻找二叉树的最低公共祖先？（其中隐含着一个盲点：树是什么树？排序二叉树、普通二叉树、或者不是二叉树？）所以要分别考虑哈各种情况哈

形式一：当树为二叉排序树，如何寻找给定两节点的最低公共祖先？

形式二：当树为普通树，但每个节点中有指针指向其父节点，如何寻找？

形式三：当树为二叉树，每个节点仅有左右孩子指针，如何寻找？

形式四：当树为普通树，每个节点仅有左右孩子指针，如何寻找？

分析：此题设计考点很多，单细细分析下来，都可以逐渐解决的（为了更加通用化，在对树的定义上加了泛型）：

（1）排序二叉树

排序二叉树相对简单，根据排序二叉树的特点，根节点的左孩子永远小于根节点的值，右孩子的值永远大于根节点的值，对给定节点Node1、Node2，要找其最低公共祖先=>实际上就是寻找一个节点，使得节点的值位于两个节点的值中间，即原问题转化为二叉树的遍历问题。

     5   ======排序二叉树/ \3   7
     / \       / \2  4 6  9
/
1

树的节点定义如下：

class TreeNode<T> {T data;TreeNode<T> leftChildren;TreeNode<T> rightChildren;public TreeNode(T data){this.data=data;this.leftChildren=null;   //此处是我的强迫症this.rightChildren=null;}
}

实现寻找父节点的核心代码如下：

 //通过遍历二叉排序树即可完成查找private static TreeNode<Character> findParent(TreeNode<Character> root,TreeNode<Character> node_1, TreeNode<Character> node_2) {if(root==null)return null;if(root.data>node_1.data && root.data>node_2.data)return findParent(root.leftChildren,node_1,node_2);else if(root.data<node_1.data && root.data<node_2.data)return findParent(root.rightChildren,node_1,node_2);elsereturn root;   //用此条件判断两数之间也可(root.data-node_1.data)*(root.data-node_2.data)<0  }

实例：如上图排序二叉树，寻找节点2和节点4的公共最低祖先，结果为：

inOrder: 1 2 3 4 5 6 7 9
parent:3

（2）普通树（每个节点有一个指向父节点的指针）

当树为普通树，但含有父节点指针的时候，要寻找公共节点，在节点正确给定的情况下，两者最高层的祖先就是根节点，实际上，从Node1，通过父节点指针，可以找到到Node1的所有祖先（最后一个为根节点），同理，也可以找到Node2节点的所有祖先，因此，本题即转化为=>求两链表的第一个公共节点（链表不一定等长）。

      A    ======普通树（带父节点指针）/|\B C K/  \D    E
/ \   /|\
F   G H I J

此题最重要的就是思想的转换。

树的节点定义为：

class TreeNode<T>{T data;TreeNode<T> parent=null;//若带父节点则加上//将其孩子节点存储为一个集合ArrayList<TreeNode<T>> children=new ArrayList<TreeNode<T>>();TreeNode(T data){this.data=data;}
}

寻找最低公共祖先核心代码：

 //寻找两链表的第一个公共节点private static TreeNode<Character> findParent(TreeNode<Character> root,TreeNode<Character> node1, TreeNode<Character> node2) {//预防空输入if(node1==null || node2==null)return null;//得到两链表的长度int len1=1,len2=1;TreeNode<Character> temp=node1;while(temp.parent!=null){len1++;temp=temp.parent;}temp=node2;while(temp.parent!=null){len2++;temp=temp.parent;}//长度小的链表先移动int step=Math.abs(len1-len2);TreeNode<Character> tempLong=len1>=len2?node1:node2;TreeNode<Character> tempShort=len1<len2?node1:node2;for(int i=0;i<step;i++){tempLong=tempLong.parent;}//两链表一起移动，直到找到相等的节点则返回for(int i=0;i<Math.min(len1, len2);i++){if(tempLong.data.equals(tempShort.data)){return tempLong;}tempLong=tempLong.parent;tempShort=tempShort.parent;}return null;}

 //普通树的前序遍历public static void preOrder(TreeNode<Character> root){if(root!=null){System.out.print(root.data+" ");for(int i=0;i<root.children.size();i++){preOrder(root.children.get(i));}}}

实例：如上图所示，寻找节点D和节点J的最低公共祖先，结果如下：

preOrder: A B D F G E H I J C K （此处打印的是树的前序遍历）
parent:B

（3）普通二叉树（无指向父节点的指针）

当无指向父节点的指针时，要想找到最低公共祖先，可结合第二题的思维方式，考虑从根节点root开始，找出root到Node1和Node2的路径，通过路径找最低公共祖先，于是原问题转化为=>寻找二叉树中根节点到指定节点的路径（需要利用回溯的思想）+寻找链表最后一个公共节点的问题。

      A    ======普通二叉树/\B  C/  \D    E
/ \   /\
F   G H  I

树节点的定义：

class TreeNode<T> {T data;TreeNode<T> leftChildren;TreeNode<T> rightChildren;public TreeNode(T data){this.data=data;this.leftChildren=null;   //此处为强迫症this.rightChildren=null;}
}

寻找的过程主要分为两步：先找出路径，再求路径的最后一个公共节点，代码如下：

 //寻找两个链表的最后一个公共节点private static TreeNode<Character> findParent(ArrayList<TreeNode<Character>> path1,ArrayList<TreeNode<Character>> path2) {if(path1.size()==0 || path2.size()==0)return null; TreeNode<Character> parent=null;int len=path1.size()<path2.size()?path1.size():path2.size();for(int i=0;i<len;i++){if(path1.get(i).data.equals(path2.get(i).data)){parent=path1.get(i);}}return parent;}

 //回溯方法寻找根节点到某节点的路径private static boolean findPath(TreeNode<Character> root,TreeNode<Character> node,ArrayList<TreeNode<Character>> path) {if(root==null || node==null){return false;}path.add(root);if(root.data.equals(node.data)){return true;}//递归左右孩子节点if(findPath(root.leftChildren,node,path)){return true;}if(findPath(root.rightChildren,node,path)){return true;}//为了回溯的正确性，必须由此操作path.remove(path.size()-1);return false;}

实例：寻找节点H到节点C的最低公共祖先，运行结果如下：

preOrder: A B D F G E H I C path1: A B E H path2: A C parent:A

（4）普通树

对二叉树的操作，总是仅涉及最多左右孩子两个指针的问题，然而对于具有普通结构的树，每个节点的孩子节点数不同，我们就需要改变树节点的定义，可以考虑用一个结合来存储树的孩子节点的信息，思路同（3）一样，仅仅是在寻找路径时有点变化，即：（3）可看作（4）的特殊情况。

此次问题的升级，主要通过改变树的定义来实现的

      A    ======普通树（不带父节点指针）/|\B C K/  \D    E
/ \   /|\
F   G H I J

树的定义：

class TreeNode<T>{T data;//将其孩子节点存储为一个集合ArrayList<TreeNode<T>> children=new ArrayList<TreeNode<T>>();TreeNode(T data){this.data=data;}
}

充分利用JAVA集合的优点，将树的节点存储在集合中。

核心代码：

 //寻找两个链表的最后一个公共节点private static TreeNode<Character> findParent(ArrayList<TreeNode<Character>> path1,ArrayList<TreeNode<Character>> path2) {if(path1.size()==0 || path2.size()==0)return null; TreeNode<Character> parent=null;int len=path1.size()<path2.size()?path1.size():path2.size();for(int i=0;i<len;i++){if(path1.get(i).data.equals(path2.get(i).data)){parent=path1.get(i);}}return parent;}//回溯方法寻找根节点到某节点的路径private static boolean findPath(TreeNode<Character> root,TreeNode<Character> node,ArrayList<TreeNode<Character>> path) {if(root==null || node==null){return false;}path.add(root);if(root.data.equals(node.data)){return true;}//与二叉树相比，由递归遍历左右孩子变为了递归遍历所有孩子节点for(int i=0;i<root.children.size();i++){if(findPath(root.children.get(i),node,path)){return true;}}//为了回溯的正确性，必须有此操作path.remove(path.size()-1);return false;}

实例：寻找节点G与节点J的最低公共祖先，运行结果如下：

preOrder: A B D F G E H I J C K path1: A B E J path2: A B D G parent:B      //正确的找到了最低公共祖先

总结：可以看到，从一个排序二叉树问题逐渐深入，最本质的，还是我们掌握的基本算法，尤其是递归方法，树的操作中大量的用到了递归；对于排序二叉树，针对特点，比较容易想到办法；对带有父指针的普通树，可以将问题转化为求链表的第一个公共节点的问题；没有父指针，就需要用找到路径，求链表最后一个公共节点；这些问题都是一些简单问题的综合，在思考问题时，我们需要灵活一定，想方设法的去转化、分解问题，而不是马上去查答案。

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