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C++如何实现二叉树的最近公共祖先LCA_C++树形结构经典算法【逻辑】

冰火之心

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发布时间:2026-02-08 11:21:46

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来源于php中文网

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LCA是深度最大的同时为两节点祖先的节点;递归解法通过后序遍历,以返回值传递子树是否含p/q或已找到LCA的信息,核心是左右非空则当前节点为LCA。

c++如何实现二叉树的最近公共祖先lca_c++树形结构经典算法【逻辑】

什么是LCA?先看最核心的判断逻辑

二叉树中两个节点的最近公共祖先(LCA),是指**深度最大的、同时是这两个节点祖先的节点**。关键不在于“怎么找”,而在于如何定义“祖先”和“最近”——它必须满足:从根出发,root能同时到达 pq,且左右子树分别包含其中一个(或自身就是 pq)。

递归解法:用返回值传递存在性信息

标准做法是后序遍历,每个节点返回:nullptr(子树里没 p 也没 q)、pq 或 LCA 节点本身。核心逻辑在回溯时判断:

  • 如果左子树返回非空,右子树也返回非空 → 当前 root 就是 LCA
  • 如果只有一边非空 → 直接返回该非空指针(表示这一侧已找到目标,或已找到 LCA)
  • 注意:一旦 root == proot == q,立即返回 root,不继续向下——这是保证“最近”的关键

示例片段(省略 TreeNode 定义):

TreeNode* lowestCommonAncestor(TreeNode* root, TreeNode* p, TreeNode* q) {
    if (!root || 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;
}

为什么不能用父指针或存储路径?常见误区

虽然用哈希表存每个节点的父节点再向上追溯也能做,但问题在于:

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  • 题目给的是纯二叉树结构(无 parent 指针),额外构建父链需要 O(n) 空间和预处理,违背“树形递归”的本意
  • 存储从根到 pq 的两条路径再比对,时间 O(h),空间 O(h),但需两次遍历 + 额外容器,代码更冗长,且易在边界(如 pq 祖先)出错
  • 递归解法天然单次遍历、O(1) 额外空间(不算),且逻辑统一覆盖所有情况(含 pq 在同一子树的情形)

实际编码时容易漏掉的细节

这个函数看似短,但上线环境常因几个点 fail:

  • if (!root || root == p || root == q) 缺少 !root 判断 → 空指针解引用
  • 误写成 if (root == p || root == q) return root; 忘了判空 → 运行时崩溃
  • left && right 写成 left || right → 提前返回,得到的不是“最近”祖先
  • 没有考虑 pq 不在树中的情况(题目通常保证存在,但工程代码建议加 assert 或提前校验)

真正难的不是写出来,而是想清楚“返回值代表什么”——它不是在标记“找到了”,而是在传递“我这个子树是否贡献了有效信息”。

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