每日算法系列【LeetCode 124】二叉树中的最大路径和
题目描述
给定一个非空二叉树，返回其最大路径和。
本题中，路径被定义为一条从树中任意节点出发，达到任意节点的序列。该路径至少包含一个节点，且不一定经过根节点。
示例1
输入：
[1,2,3]
1
/ \
2 3
输出：
6
示例1
输入：
[-10,9,20,null,null,15,7]
-10
/ \
9 20
/ \
15 7
输出：
42
题解
这是一道树形 dp 入门题，也就是树上的动态规划。
首先要理解它这个输入什么意思，虽然写代码的时候不用你管，已经给你处理成结构体了。 输入是一个数组，其实是二叉树的层次遍历，也就是从第一层（根结点）开始，往下一层一层遍历结点，同一层从左往右遍历。
这题要求的是一条路径，路径上的数字之和要最大。 我们采用递归来做这题，假设dfs(r)表示以 r 为根结点的子树中最长路径的和，而左右子结点用 l 和 r 来表示。
那么有人可能会说，这不是很简单了嘛。 一共就下面几种情况：
- 只取根结点：
r->val - 只取左子树：
dfs(l) - 只取右子树：
dfs(r) - 取根结点和左子树：
r->val + dfs(l) - 取根结点和右子树：
r->val + dfs(r) - 取根结点和左子树和右子树：
r->val + dfs(l) + dfs(r)
最后的答案就是dfs(root)。
然而这样对吗？其实是错的，刚开始我也犯了这样的错误（好久没做树形 dp 了，见笑了）。 为什么是错的呢？试想这么一种情况，万一左子树的最优解是不经过左子结点的话，怎么与根结点连接起来呢？ 这种情况下你的计算就有问题了，所以我们必须加强一下之前的假设。
这次我们假设dfs(r)表示以 r 为根结点的子树中经过根结点 r 的最长路径的和。 现在继续分成上面的几种情况讨论，然而最后的dfs(root)意思变了，指的是必须经过根结点 root 的最优路径之和。 那怎么办呢？很好办，只需要用一个全局变量，每次递归的时候都更新一下最大值就行了，因为总有一个结点是最优路径所在子树的根结点。
分析到这里，貌似都对了，但是还有问题吗？ 注意看上面的第2、3、6三种情况，如果最优情况是这三种，然后用它们更新dfs(r)，会出现什么情况？ 情况2、3会导致回溯之后，在根结点 r 处断开了，也就是不经过 r 了，那再高层也就没法求解了。 而情况6会导致路径出现左右分叉，这也是不允许的。 所以递归的最后更新时，只能用其他三种情况更新。
代码
c++
/** * Definition for a binary tree node. * struct TreeNode { * int val; * TreeNode *left; * TreeNode *right; * TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {} * }; */
class Solution {
public:
int res = INT_MIN;
int maxPathSum(TreeNode* root) {
dfs(root);
return res;
}
int dfs(TreeNode* root) {
if (root == NULL) return 0;
int l_max_sum = dfs(root->left);
int r_max_sum = dfs(root->right);
int sum = root->val;
sum = max(sum, sum + l_max_sum);
sum = max(sum, sum + r_max_sum);
res = max(res, sum);
return max({0, l_max_sum, r_max_sum}) + root->val;
}
};
python
# Definition for a binary tree node.
# class TreeNode:
# def __init__(self, x):
# self.val = x
# self.left = None
# self.right = None
class Solution:
res = -sys.maxsize
def maxPathSum(self, root: TreeNode) -> int:
self.dfs(root)
return self.res
def dfs(self, root: TreeNode) -> int:
if root == None:
return 0
l_max_sum = self.dfs(root.left)
r_max_sum = self.dfs(root.right)
sum = root.val
sum = max(sum, sum + l_max_sum)
sum = max(sum, sum + r_max_sum)
self.res = max(self.res, sum)
return max(0, l_max_sum, r_max_sum) + root.val
后记
这题虽然是困难题，但是也是树形 dp 的入门题，思考起来和实现起来 trick 还是挺多的。
公众号「算法码上来」。godweiyang带你学习算法，不管是编程算法，还是深度学习、自然语言处理算法都一网打尽，更有各种计算机新鲜知识和你分享。别急，算法码上来。
查看13道真题和解析
