LeetCode.993-二叉树中的堂兄弟(Cousins in Binary Tree)
这是悦乐书的第374次更新，第401篇原创
01 看题和准备
今天介绍的是LeetCode算法题中Easy级别的第235题（顺位题号是993）。在二叉树中，根节点在深度0处，并且每个深度为k的节点的子节点，他们深度为k + 1。
如果二元树的两个节点具有相同的深度但具有不同的父节点，则它们是堂兄弟。
我们给出了具有唯一值的二叉树root，以及树中两个不同节点的值x和y。
当且仅当对应于值x和y的节点是堂兄弟时，才返回true。例如：
输入：root = [1,2,3,4]，x = 4，y = 3
1
/ \
2 3
/
4
输出：false
输入：root = [1,2,3，null，4，null，5]，x = 5，y = 4
1
/ \
2 3
\ \
4 5
输出：true
输入：root = [1,2,3，null，4]，x = 2，y = 3
1
/ \
2 3
\
4
输出：false
注意：
-
树中的节点数将介于2和100之间。
-
每个节点都有一个从1到100的唯一整数值。
02 第一种解法
题目的意思是x和y在同一层，但是他们的父级节点不一样，也就是x和y属于堂兄弟的关系。
使用BFS（广度优先）的算法，通过迭代的方式借助Stack来实现，使用了一个额外的方法，分别求出x和y的层级和他们的父级节点，用一个长度为2的数组返回，如果x和y的层级相同且父级结点不同，就返回true。
/**
* Definition for a binary tree node.
* public class TreeNode {
* int val;
* TreeNode left;
* TreeNode right;
* TreeNode(int x) { val = x; }
* }
*/
public boolean isCousins(TreeNode root, int x, int y) {
int[] arr = getTreeDepth(root, x);
int[] arr2 = getTreeDepth(root, y);
if (arr.length < 1 || arr2.length < 1) {
return false;
}
return arr[0] != arr2[0] && arr[1] == arr2[1];
}
public int[] getTreeDepth(TreeNode root, int num) {
Stack<TreeNode> stack = new Stack<TreeNode>();
stack.push(root);
int depth = 0;
while (!stack.isEmpty()) {
Stack<TreeNode> stack2 = new Stack<TreeNode>();
while (!stack.isEmpty()) {
TreeNode tem = stack.pop();
if (tem.left != null) {
// 当前节点的左子节点值等于要找的数
if (tem.left.val == num) {
return new int[] {tem.val, depth+1};
}
stack2.push(tem.left);
}
if (tem.right != null) {
// 当前节点的右子节点值等于要找的数
if (tem.right.val == num) {
return new int[] {tem.val, depth+1};
}
stack2.push(tem.right);
}
}
stack = stack2;
depth++;
}
return new int[] {};
}
03 第二种解法
针对第一种解法，我们也可以将判断的方法融合在一起，依旧是借助栈。
/**
* Definition for a binary tree node.
* public class TreeNode {
* int val;
* TreeNode left;
* TreeNode right;
* TreeNode(int x) { val = x; }
* }
*/
public boolean isCousins2(TreeNode root, int x, int y) {
Stack<TreeNode> stack = new Stack<TreeNode>();
stack.push(root);
while (!stack.isEmpty()) {
Stack<TreeNode> stack2 = new Stack<TreeNode>();
boolean xExist = false, yExist = false;
while (!stack.isEmpty()) {
TreeNode tem = stack.pop();
if (tem.val == x) {
xExist = true;
}
if (tem.val == y) {
yExist = true;
}
// x和y不能有同一个父节点
if (tem.left != null && tem.right != null) {
if (tem.left.val == x && tem.right.val == y) {
return false;
}
if (tem.left.val == y && tem.right.val == x) {
return false;
}
}
if (tem.left != null) {
stack2.push(tem.left);
}
if (tem.right != null) {
stack2.push(tem.right);
}
}
stack = stack2;
if (xExist && yExist) {
return true;
}
}
return false;
}
04 第三种解法
和第二种解法思路一样，只是将栈换成了队列。
/**
* Definition for a binary tree node.
* public class TreeNode {
* int val;
* TreeNode left;
* TreeNode right;
* TreeNode(int x) { val = x; }
* }
*/
public boolean isCousins3(TreeNode root, int x, int y) {
Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
queue.offer(root);
while (!queue.isEmpty()) {
int size = queue.size();
boolean xExist = false, yExist = false;
for (int i=0; i<size; i++) {
TreeNode tem = queue.poll();
if (tem.val == x) {
xExist = true;
}
if (tem.val == y) {
yExist = true;
}
// x和y不能有同一个父节点
if (tem.left != null && tem.right != null) {
if (tem.left.val == x && tem.right.val == y) {
return false;
}
if (tem.left.val == y && tem.right.val == x) {
return false;
}
}
if (tem.left != null) {
queue.offer(tem.left);
}
if (tem.right != null) {
queue.offer(tem.right);
}
}
if (xExist && yExist) {
return true;
}
}
return false;
}
05 第四种解法
借助递归，一个递归方法求深度，一个递归方法找父节点，最后判断深度是否相同且父节点不同。
/**
* Definition for a binary tree node.
* public class TreeNode {
* int val;
* TreeNode left;
* TreeNode right;
* TreeNode(int x) { val = x; }
* }
*/
public boolean isCousins4(TreeNode root, int x, int y) {
return getDepth(root, x, 0) == getDepth(root, y, 0) &&
findParent(root, x) != findParent(root, y);
}
public int getDepth(TreeNode root, int num, int depth){
if (root == null) {
return 0;
}
if (root.val == num) {
return depth;
}
int left = getDepth(root.left, num, depth+1);
int right = getDepth(root.right, num, depth+1);
return Math.max(left, right);
}
public int findParent(TreeNode root, int num) {
if (root == null) {
return 0;
}
if (root.left != null && root.left.val == num) {
return root.val;
}
if (root.right != null && root.right.val == num) {
return root.val;
}
int left = findParent(root.left, num);
int right = findParent(root.right, num);
return Math.max(left, right);
}
06 第五种解法
我们也可以只是用一次递归方法，借助全局变量来解。
/**
* Definition for a binary tree node.
* public class TreeNode {
* int val;
* TreeNode left;
* TreeNode right;
* TreeNode(int x) { val = x; }
* }
*/
private int depthX;
private int depthY;
private TreeNode parentX;
private TreeNode parentY;
public boolean isCousins5(TreeNode root, int x, int y) {
helper(root, x, y, 0, null);
return depthX == depthY && parentX != parentY;
}
public void helper(TreeNode root, int x, int y, int depth, TreeNode parent) {
if (root == null) {
return ;
}
if (root.val == x) {
depthX = depth;
parentX = parent;
} else if (root.val == y) {
depthY = depth;
parentY = parent;
}
helper(root.left, x, y, depth+1, root);
helper(root.right, x, y, depth+1, root);
}
07 第六种解法
我们还可以将第五种解法中找父节点的变量换成int类型，因为节点值唯一，可以直接使用节点值参与判断。
/**
* Definition for a binary tree node.
* public class TreeNode {
* int val;
* TreeNode left;
* TreeNode right;
* TreeNode(int x) { val = x; }
* }
*/
private int depthX;
private int depthY;
private int parentX;
private int parentY;
public boolean isCousins6(TreeNode root, int x, int y) {
helper(root, x, y, 0, 0);
return depthX == depthY && parentX != parentY;
}
public void helper(TreeNode root, int x, int y, int depth, int parent) {
if (root == null) {
return ;
}
if (root.val == x) {
depthX = depth;
parentX = parent;
} else if (root.val == y) {
depthY = depth;
parentY = parent;
}
helper(root.left, x, y, depth+1, root.val);
helper(root.right, x, y, depth+1, root.val);
}
08 小结
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