P236.java

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236. 二叉树的最近公共祖先

https://leetcode-cn.com/problems/lowest-common-ancestor-of-a-binary-tree/
https://leetcode-cn.com/explore/interview/card/top-interview-questions-hard/57/trees-and-graphs/139/

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 的两个结点 p、q，最近公共祖先表示为一个结点 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）。”

例如，给定如下二叉树:  root = [3,5,1,6,2,0,8,null,null,7,4]

https://assets.leetcode-cn.com/aliyun-lc-upload/uploads/2018/12/15/binarytree.png
 
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。
 

说明:

所有节点的值都是唯一的。
p、q 为不同节点且均存在于给定的二叉树中。
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import java.util.*;
public class P236 {
    public static void main(String[] args) {
        TreeNode root = stringToTreeNode("[3,5,1,6,2,0,8,null,null,7,4]");
        prettyPrintTree(root);
        System.out.println(new Solution().lowestCommonAncestor(root, root.left, root.left.right.right).val);
    }

    static class Solution {
        // 递归查找A和B， 找到A和B第一次在同一棵子树中的子树根节点即是LCA。
        public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
            if (root == null) {
                return null;
            }
            if (root == p || root == q) { // 在root中找pq
                return root;
            }

            TreeNode left = lowestCommonAncestor(root.left, p, q);
            TreeNode right = lowestCommonAncestor(root.right, p, q);

            // 若搜索结果均非空, 说明两个节点分别位于左右子树之中, LCA则为root
            if (left != null && right != null) return root;
            // 若只有一个结果为空, 则LCA是另一个非空的节点
            if (left != null) return left;
            if (right != null) return right;
            // 若结果均空, 则返回NULL
            return null;
        }
    }

    public static class TreeNode {
        int val;
        TreeNode left;
        TreeNode right;
        TreeNode(int x) { val = x; }
    }

    public static String treeNodeToString(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return "[]";
        }
    
        String output = "";
        Queue<TreeNode> nodeQueue = new LinkedList<>();
        nodeQueue.add(root);
        while(!nodeQueue.isEmpty()) {
            TreeNode node = nodeQueue.remove();
    
            if (node == null) {
              output += "null, ";
              continue;
            }
    
            output += String.valueOf(node.val) + ", ";
            nodeQueue.add(node.left);
            nodeQueue.add(node.right);
        }
        return "[" + output.substring(0, output.length() - 2) + "]";
    }
    
    public static TreeNode stringToTreeNode(String input) {
        input = input.trim();
        input = input.substring(1, input.length() - 1);
        if (input.length() == 0) {
            return null;
        }
    
        String[] parts = input.split(",");
        String item = parts[0];
        TreeNode root = new TreeNode(Integer.parseInt(item));
        Queue<TreeNode> nodeQueue = new LinkedList<>();
        nodeQueue.add(root);
    
        int index = 1;
        while(!nodeQueue.isEmpty()) {
            TreeNode node = nodeQueue.remove();
    
            if (index == parts.length) {
                break;
            }
    
            item = parts[index++];
            item = item.trim();
            if (!item.equals("null")) {
                int leftNumber = Integer.parseInt(item);
                node.left = new TreeNode(leftNumber);
                nodeQueue.add(node.left);
            }
    
            if (index == parts.length) {
                break;
            }
    
            item = parts[index++];
            item = item.trim();
            if (!item.equals("null")) {
                int rightNumber = Integer.parseInt(item);
                node.right = new TreeNode(rightNumber);
                nodeQueue.add(node.right);
            }
        }
        return root;
    }
    
    public static void prettyPrintTree(TreeNode node, String prefix, boolean isLeft) {
        if (node == null) {
            System.out.println("Empty tree");
            return;
        }
    
        if (node.right != null) {
            prettyPrintTree(node.right, prefix + (isLeft ? "│   " : "    "), false);
        }
    
        System.out.println(prefix + (isLeft ? "└── " : "┌── ") + node.val);
    
        if (node.left != null) {
            prettyPrintTree(node.left, prefix + (isLeft ? "    " : "│   "), true);
        }
    }
    
    public static void prettyPrintTree(TreeNode node) {
        prettyPrintTree(node,  "", true);
    }
}