每棵子树内缺失的最小基因值
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题目描述
有一棵根节点为 0
的 家族树 ,总共包含 n
个节点,节点编号为 0
到 n - 1
。给你一个下标从 0 开始的整数数组 parents
,其中 parents[i]
是节点 i
的父节点。由于节点 0
是 根 ,所以 parents[0] == -1
。
总共有 105
个基因值,每个基因值都用 闭区间 [1, 105]
中的一个整数表示。给你一个下标从 0 开始的整数数组 nums
,其中 nums[i]
是节点 i
的基因值,且基因值 互不相同 。
请你返回一个数组 ans
,长度为 n
,其中 ans[i]
是以节点 i
为根的子树内 缺失 的 最小 基因值。
节点 x
为根的 子树 包含节点 x
和它所有的 后代 节点。
示例 1:
输入:parents = [-1,0,0,2], nums = [1,2,3,4] 输出:[5,1,1,1] 解释:每个子树答案计算结果如下: - 0:子树包含节点 [0,1,2,3] ,基因值分别为 [1,2,3,4] 。5 是缺失的最小基因值。 - 1:子树只包含节点 1 ,基因值为 2 。1 是缺失的最小基因值。 - 2:子树包含节点 [2,3] ,基因值分别为 [3,4] 。1 是缺失的最小基因值。 - 3:子树只包含节点 3 ,基因值为 4 。1是缺失的最小基因值。
示例 2:
输入:parents = [-1,0,1,0,3,3], nums = [5,4,6,2,1,3] 输出:[7,1,1,4,2,1] 解释:每个子树答案计算结果如下: - 0:子树内包含节点 [0,1,2,3,4,5] ,基因值分别为 [5,4,6,2,1,3] 。7 是缺失的最小基因值。 - 1:子树内包含节点 [1,2] ,基因值分别为 [4,6] 。 1 是缺失的最小基因值。 - 2:子树内只包含节点 2 ,基因值为 6 。1 是缺失的最小基因值。 - 3:子树内包含节点 [3,4,5] ,基因值分别为 [2,1,3] 。4 是缺失的最小基因值。 - 4:子树内只包含节点 4 ,基因值为 1 。2 是缺失的最小基因值。 - 5:子树内只包含节点 5 ,基因值为 3 。1 是缺失的最小基因值。
示例 3:
输入:parents = [-1,2,3,0,2,4,1], nums = [2,3,4,5,6,7,8] 输出:[1,1,1,1,1,1,1] 解释:所有子树都缺失基因值 1 。
提示:
n == parents.length == nums.length
2 <= n <= 105
- 对于
i != 0
,满足0 <= parents[i] <= n - 1
parents[0] == -1
parents
表示一棵合法的树。1 <= nums[i] <= 105
nums[i]
互不相同。
代码结果
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/*
* 思路:
* 1. 构建树的结构,使用一个邻接列表表示。
* 2. 使用深度优先搜索(DFS)遍历每个节点的子树,并记录每个子树的基因值。
* 3. 对于每个节点,找到其子树中缺失的最小基因值。
*/
import java.util.*;
import java.util.stream.*;
public class FamilyTreeStream {
public int[] findMissingGenes(int[] parents, int[] nums) {
int n = parents.length;
List<Integer>[] tree = IntStream.range(0, n).mapToObj(i -> new ArrayList<Integer>()).toArray(ArrayList[]::new);
IntStream.range(1, n).forEach(i -> tree[parents[i]].add(i));
int[] result = new int[n];
boolean[] seen = new boolean[100001];
dfs(0, tree, nums, result, seen);
return result;
}
private void dfs(int node, List<Integer>[] tree, int[] nums, int[] result, boolean[] seen) {
Set<Integer> subtreeGenes = new HashSet<>();
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
stack.push(node);
while (!stack.isEmpty()) {
int current = stack.pop();
subtreeGenes.add(nums[current]);
tree[current].forEach(stack::push);
}
result[node] = IntStream.range(1, 100001).filter(i -> !subtreeGenes.contains(i)).findFirst().orElse(100001);
}
public static void main(String[] args) {
FamilyTreeStream ft = new FamilyTreeStream();
int[] parents1 = {-1, 0, 0, 2};
int[] nums1 = {1, 2, 3, 4};
System.out.println(Arrays.toString(ft.findMissingGenes(parents1, nums1))); // [5, 1, 1, 1]
}
}
解释
方法:
此题解采用的是一种高效的方法,首先检查基因值是否包含1,因为如果不包含1,则所有子树的最小缺失基因值必定是1。如果包含1,我们需要找到包含基因值1的节点,并采用从该节点向根节点追溯的方式,逐一查找每个节点所在子树的最小缺失基因值。使用DFS (深度优先搜索) 遍历节点,将访问过的基因值存入集合中,并实时更新未见的最小基因值。这种方法只需要处理包含1的节点到根节点路径上的子树,其他节点的答案直接是1,因此效率较高。
时间复杂度:
O(n)
空间复杂度:
O(n)
代码细节讲解
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在题解中提到,如果没有基因值1,则所有子树的最小缺失值为1。这种情况是否意味着,只有当某个节点的基因值为1时,我们才需要考虑该节点及其祖先节点的最小缺失基因值?
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题解中使用了DFS来遍历节点并收集基因值,为何选择DFS而不是BFS?DFS和BFS在这种情况下有何不同效果?
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在构建图时,为什么只记录子节点的索引而不是同时记录父节点的索引?这样的数据结构选择对算法的效率和实现有何影响?
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