分治算法
分治,"分而治之"。从字面上理解就是分---治,把大的问题分成小问题,解决一个一个小问题,之后把问题的答案合并起来,就得到大问题的结果。您肯定会在想,这思想这么简单,你不说我也是知道。历史上,秦国通过远交近攻的策略,逐个击破,最后统一六国不也是分治思想的体现吗?
以下用一个二叉树的前序遍历为例,对分治思想在代码上的体现进行说明。
public class PreoderTraversal { public class TreeNode{ private int val; public TreeNode left,right; public TreeNode(int val){ this.val = val; this.left = this.right = null;
}
} public ArrayList<Integer> preodertraversal(TreeNode root){
ArrayList<Integer> result = new ArrayList<Integer>(); //退出的条件
if(root == null){ return null;
} //分:左子树与右子树
ArrayList<Integer> left = preodertraversal(root.left);
ArrayList<Integer> right = preodertraversal(root.right); //治:把得到的结果合并起来
result.add(root.val);
result.addAll(left);
result.addAll(right); return result;
}
}
上面的过程可以通过一个递推公式来表示
T(n) = 2T(2/n)+O(1)2T(2/n) 表示 原来的大问题变成两个原来一半的问题
O(1)表示 对二叉树的每个节点只操作一次。
上面的公式可以推出 上面前序遍历的时间复杂度是 O(n)从以上代码,可以看出,分治算法在代码实现上有以下两点好处:
1.前序遍历的结果可用通过一个函数内的ArrayList返回不需要创建全局变量,来存放结果。
2.对于拆分后的问题,运算量大,采用多并发,多核来处理,也是很容易的。具体结合上面代码来说,对于left、right结果求解,可以分别启用一个线程。
两道题
对于分治的题目很多,为什么选择下面这两道题目呢?因为足够典型,学会了这两道题,我们保证,您在与同事、面试官聊起分治算法的时候,他们会认为您是懂分治算法。
接下来祭出第一道题目

分析:
既然我们使用分治来解决,那就看看问题怎么拆分呢?
这道题目中是求两个节点的公共的祖先,很显然,问题的拆分可以依据:两个节点在二叉树的位置来拆分问题:
都在左子树上、都在右子树上、一个边一个、有一个节点就是根节点

一个大的问题拆分四个问题,逐个解决,求出大问题,下面给出 实现代码
public TreeNode getAncestor(TreeNode root,TreeNode node1,TreeNode node2){ if (root == null)
{ return null;
} //如果有一个节点就是根节点
if(root == node1 || root == node2){ return root;
}
TreeNode left = getAncestor(root.left,node1,node2);
TreeNode right = getAncestor(root.right,node1,node2); //节点一边一个
if(left == null && right == null)
{ return root;
} //节点都在左子树
if (left != null) { return left;
} //节点都在右子树
if (right != null) { return right;
} return null;
}如果您还不太明白,没关系,对着分析和代码多看几次,就会打通任督二脉的。
第二道(这道题,有点小难度)

为什么说这道题有点难度呢?原因在于二叉树上有负值的存在。而且最关键的是题目只是说遍历二叉树,求最大和,并没有说是从哪里出发,如果从根出发就是求:
root---->anyNode 根到任意节点的最大和
明显这题目的意思是
anyNode---->anyNode 任意节点到任意节点的最大和。
采用分治,怎么拆分呢?
为三种情况:左子树、右子树、左子树-->根-->右子树。不明白,没关系,看下图分析。
分析:

代码实现
public class returnType{ int root2any,any2any;
returnType(int root2any,int any2any){ this.root2any = root2any; //存放上面分析的root-->anyNode
this.any2any = any2any; // anyNode-->anyNode
}
} public returnType maxSum(TreeNode root){ //如果二叉树不存在,直接设置成最小值
if(root == null){ return new returnType(Integer.MIN_VALUE,Integer.MIN_VALUE);
}
returnType left = maxSum(root.left);
returnType right = maxSum(root.right); //结合上面的图就是求A+B大还是A+C大呢,
和0做比较就是因为有负数的存在 int root2any =Math.max(0,Math.max(left.root2any,right.root2any))+root.val; //R=Math.max(D,E)
int any2any = Math.max(left.any2any,right.any2any); //Math.max(R,A+B+C)
any2any = Math.max(any2any,Math.max(0,left.root2any)+Math.max(0,right.root2any)+ root.val); return new returnType(root2any,any2any);
}小福利
分治算法其实在最初的快排和归并排序都接触过了,如果你上面两道题目都理解,下面给出归并排序和快排的代码在重温一下,看下感觉是不是so easy!!
归并排序
private static Comparable[] aux; public static void sort(Comparable[] list){
aux = new Comparable[list.length];
sort(list,0,list.length-1);
} public static void sort(Comparable[] list,int lo,int hi){ if(lo < hi){ return;
} int mid = lo +(hi-lo)/2; //分
sort(list,lo,mid);
sort(list,mid+1,hi); //治
meger(list,lo,mid,hi); //这个是归并的具体具体过程,我们这篇介绍分治的重点,在此忽略了
}快速排序
public static void sort(Comparable[] list){
Collections.shuffle(list); //消除输入的影响
sort(list,0,list.length-1);
} public static void sort(Comparable[] list,int lo,int hi){ if(lo < hi){ return;
} int j = patition(list,lo,hi); //快排中重要的切分,典型有三取样切分。找出大小为中间的点
在此忽略了具体实现,有兴趣看相关资料 //分
sort(list,lo,j-1);
sort(list,j+1,hi);
}快排和归并排序的可以归纳的递推公式
T(n) = 2T(2/n) +O(n) 时间复杂度是 )O(NlogN)
作者:夜行观星
链接:https://www.jianshu.com/p/ed5325b47187
來源:简书
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