分治法避免定义多个递归函数，应该使用ResultType

总结：对二叉树应用分治法时，应避免定义多个递归函数，当出现需要递归求解多种的结果时，尽量使用ResultType来让一次递归返回多种结果。

题目：Binary Tree Maximum Path Sum

给出一棵二叉树，寻找一条路径使其路径和最大，路径可以在任一节点中开始和结束（路径和为两个节点之间所在路径上的节点权值之和）。 

 

解法：定义两个函数，maxPathSum(TreeNode root)表示以root为根的树的最大路径长度（即题目所求，至少包含一个节点），rootToAny(TreeNode root)表示从根节点出发的所有路径长度的最大值（至少包含一个节点），则代码如下：

public class Solution {
    /**
     * @param root: The root of binary tree.
     * @return: An integer.
     */
    public int maxPathSum(TreeNode root) {
        // write your code here
        if(root==null)
            return Integer.MIN_VALUE;
        
        int pathWithoutRoot = Math.max(maxPathSum(root.left),maxPathSum(root.right));
        int pathWithRoot = Math.max(rootToAny(root.left),0)+Math.max(rootToAny(root.right),0)+root.val;
        return Math.max(pathWithoutRoot,pathWithRoot);
        
    }
    
    public int rootToAny(TreeNode root){
        if(root==null)
            return Integer.MIN_VALUE;
        
        return Math.max(0,Math.max(rootToAny(root.left),rootToAny(root.right)))+root.val;
    }
}

上面代码在lintcode能提交通过，但在leetcode提交则超时。

我们来分析它的时间复杂度，假设这颗树是一颗平衡二叉树，设maxPathSum函数的时间复杂度为T(n),rootToAny函数时间复杂度是t(n)。则递归式如下：

T(n) = 2T(n/2)+2t(n/2)+C

t(n) = 2t(n/2)+C

解得t(n) = O(n) , T(n) = O(n^2) .

 

如果我们只定义一个递归函数一次性返回两个值，能将递归式变为

T(n) = 2T(n/2)+C

解得T(n) = O(n).

时间复杂度将会大大降低。

在java中，可通过自己定义一个返回类型来实现返回多个值，代码如下：

public class Solution {
    /**
     * @param root: The root of binary tree.
     * @return: An integer.
     */
    private class ResultType {
        int singlePath, maxPath;
        ResultType(int singlePath, int maxPath) {
            this.singlePath = singlePath;
            this.maxPath = maxPath;
        }
    }

    private ResultType helper(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return new ResultType(Integer.MIN_VALUE, Integer.MIN_VALUE);
        }
        // Divide
        ResultType left = helper(root.left);
        ResultType right = helper(root.right);

        // Conquer
        int singlePath =
            Math.max(0, Math.max(left.singlePath, right.singlePath)) + root.val;

        int maxPath = Math.max(left.maxPath, right.maxPath);
        maxPath = Math.max(maxPath,
                           Math.max(left.singlePath, 0) + 
                           Math.max(right.singlePath, 0) + root.val);

        return new ResultType(singlePath, maxPath);
    }

    public int maxPathSum(TreeNode root) {
        ResultType result = helper(root);
        return result.maxPath;
    }

}

类似的一题为求两个节点的最近公共祖先（LCA），不使用resultType的结果耗时900多ms,使用resultType仅耗时13ms。