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310. 最小高度树

树是一个无向图,其中任何两个顶点只通过一条路径连接。换句话说,任何一个没有简单环路的连通图都是一棵树。

给你一棵包含 n 个节点的树,标记为 0n - 1。给定数字 n 和一个有 n - 1 条无向边的 edges 列表(每一个边都是一对标签),其中 edges[i] = [a~i~, b~i~] 表示树中节点 aibi 之间存在一条无向边。

可选择树中任何一个节点作为根。当选择节点 x 作为根节点时,设结果树的高度为 h。在所有可能的树中,具有最小高度的树(即,min(h))被称为 最小高度树

请你找到所有的 最小高度树 并按 任意顺序 返回它们的根节点标签列表。

树的 高度 是指根节点和叶子节点之间最长向下路径上边的数量。

示例 1:

0310 01
输入:n = 4, edges = [[1,0],[1,2],[1,3]]
输出:[1]
解释:如图所示,当根是标签为 1 的节点时,树的高度是 1 ,这是唯一的最小高度树。

示例 2:

0310 02
输入:n = 6, edges = [[3,0],[3,1],[3,2],[3,4],[5,4]]
输出:[3,4]

提示:

  • 1 <= n <= 2 * 104

  • edges.length == n - 1

  • 0 <= ai, bi < n+

  • ai != bi

  • 所有 (ai, bi) 互不相同

  • 给定的输入 保证 是一棵树,并且 不会有重复的边

思路分析

首先先到的解法是深度优先搜索,先构建出来这个图,然后遍历每个节点,找出以每个节点为根的最大高度,最后返回高度最小的节点列表。加上备忘录优化,通过 68 / 71 测试用例。

边缘节点是不可能产生最小高度的树的,只有靠近中间的节点才具有生产最小高度的树的可能。看题解,可以从周围向中间聚集,使用广度优先遍历,每次只遍历度为 1 的节点,遍历到的节点,度减一,这样就实现了向中间靠拢。网友说,这是剪窗花思路。

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/**
 * 优化后:使用广度优先搜索,从外向内聚拢,中间节点才能生成最小高度树。
 *
 * 优化前:深度优先遍历,通过 68 / 71 测试用例。
 *
 * @author D瓜哥 · https://www.diguage.com
 * @since 2025-07-10 17:37:37
 */
public List<Integer> findMinHeightTrees(int n, int[][] edges) {
  if (n == 1) {
    return Arrays.asList(0);
  }
  int[] degrees = new int[n];
  List<Integer>[] children = new List[n];
  for (int[] edge : edges) {
    degrees[edge[0]]++;
    degrees[edge[1]]++;
    if (children[edge[0]] == null) {
      children[edge[0]] = new ArrayList<>();
    }
    children[edge[0]].add(edge[1]);
    if (children[edge[1]] == null) {
      children[edge[1]] = new ArrayList<>();
    }
    children[edge[1]].add(edge[0]);
  }
  Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    if (degrees[i] == 1) {
      queue.add(i);
    }
  }
  List<Integer> result = new ArrayList<>();
  while (!queue.isEmpty()) {
    int size = queue.size();
    result = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < size; i++) {
      int cur = queue.poll();
      result.add(cur);
      List<Integer> child = children[cur];
      for (Integer node : child) {
        degrees[node]--;
        if (degrees[node] == 1) {
          queue.add(node);
        }
      }
    }
  }
  return result;
}