पथ योग और न्यूनतम साझा पूर्वज
पुनरावर्ती अवरोह का उपयोग करके सामान्य द्विआधारी वृक्ष में root-to-leaf path sum, all-paths-sum और lowest-common-ancestor हल कीजिए।
पथ योग और न्यूनतम साझा पूर्वज, CoddyKit पर कोडिंग साक्षात्कार की तैयारी का एक निःशुल्क पाठ है। यह 4 में से 4वाँ पाठ है। आप नीचे पूरा पाठ निःशुल्क पढ़ सकते हैं—फिर अंतर्निहित कोड संपादक और 24/7 एआई ट्यूटर के साथ ब्राउज़र में इसका व्यावहारिक अभ्यास कर सकते हैं। यह कोडिंग साक्षात्कार की तैयारी सीखने के मार्ग का हिस्सा है और आपकी प्रगति वेब तथा CoddyKit ऐप पर सिंक होती रहती है। कोडिंग साक्षात्कार की तैयारी पाठ्यक्रम में कुल 4 पाठ शामिल हैं।
मूल से पत्ती तक पथ का योग
पथ योग समस्या में यह पूछा जाता है कि क्या मूल से पत्ती तक जाने वाला कोई पथ किसी लक्ष्य के बराबर योग देता है। पुनरावृत्ति के दौरान शेष लक्ष्य को आगे भेजिए और प्रत्येक नोड का मान उसमें से घटाते जाइए। पत्ती पर जाँचिए कि शेष लक्ष्य पत्ती के मान के बराबर है या नहीं। इससे अलग से पथों की सूची बनाए रखने की आवश्यकता नहीं रहती और स्थान का उपयोग भी कम होता है। विशेष स्थिति: रिक्त वृक्ष में कोई पथ नहीं होता, इसलिए तुरंत False लौटाइए।
class TreeNode:
def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
self.val = val
self.left = left
self.right = right
def has_path_sum(root, target):
if not root:
return False
if not root.left and not root.right: # leaf
return root.val == target
remain = target - root.val
return (has_path_sum(root.left, remain) or
has_path_sum(root.right, remain))
root = TreeNode(5)
root.left = TreeNode(4)
root.right = TreeNode(8)
root.left.left = TreeNode(11)
root.left.left.left = TreeNode(7)
root.left.left.right = TreeNode(2)
print(has_path_sum(root, 22)) # True: 5->4->11->2मूल से पत्ती तक सभी पथ
सभी पथों को सूचीबद्ध करने के लिए अब तक के पथ की सूची बनाए रखिए। प्रत्येक पुनरावर्ती आह्वान पर वर्तमान नोड का मान जोड़ने के लिए append कीजिए, संतानों पर पुनरावृत्ति कीजिए, फिर लौटते समय pop कीजिए (पीछे लौटिए)। पत्ती पर वर्तमान पथ का एक स्नैपशॉट (list(path)) दर्ज कीजिए। यह प्रतिरूप — चुनना, पुनरावृत्ति करना, चयन रद्द करना — वृक्षों पर पीछे लौटकर खोज करने का आधार है।
def all_path_sums(root, target):
results = []
def dfs(node, path, remaining):
if not node:
return
path.append(node.val)
if not node.left and not node.right and remaining == node.val:
results.append(list(path)) # snapshot
else:
dfs(node.left, path, remaining - node.val)
dfs(node.right, path, remaining - node.val)
path.pop() # backtrack
dfs(root, [], target)
return results
root = TreeNode(5)
root.left = TreeNode(4)
root.right = TreeNode(8)
root.left.left = TreeNode(11)
root.left.left.right = TreeNode(2)
root.right.right = TreeNode(5)
print(all_path_sums(root, 22)) # [[5,4,11,2]]पथ योग III: कोई भी पथ, कोई भी नोड
पथ योग III (LeetCode #437) उन पथों की गिनती करता है जिनका योग किसी लक्ष्य के बराबर होता है, जहाँ पथ कहीं से भी शुरू और समाप्त हो सकता है (सिर्फ मूल से पत्ती तक नहीं)। सीधे हर नोड से DFS चलाने वाला तरीका O(n²) का है। सर्वोत्तम O(n) वाला तरीका संचयी योग हैश मानचित्र का उपयोग करता है: संचयी योग पर नज़र रखिए और गिनिए कि current_sum - target पहले कितनी बार आया था। यह उप-सरणी योग वाली विधि के समान है।
def path_sum_iii(root, target):
prefix_counts = {0: 1}
def dfs(node, running_sum):
if not node:
return 0
running_sum += node.val
count = prefix_counts.get(running_sum - target, 0)
prefix_counts[running_sum] = prefix_counts.get(running_sum, 0) + 1
count += dfs(node.left, running_sum)
count += dfs(node.right, running_sum)
prefix_counts[running_sum] -= 1 # backtrack
return count
return dfs(root, 0)
root = TreeNode(10)
root.left = TreeNode(5)
root.right = TreeNode(-3)
root.left.left = TreeNode(3)
root.left.right = TreeNode(2)
root.right.right = TreeNode(11)
root.left.left.left = TreeNode(3)
root.left.left.right = TreeNode(-2)
root.left.right.right = TreeNode(1)
print(path_sum_iii(root, 8)) # 3निकटतम साझा पूर्वज क्या होता है
द्विआधारी वृक्ष में दो नोड p और q का निकटतम साझा पूर्वज (LCA) वह सबसे गहरा नोड होता है जिसके वंशज p और q दोनों होते हैं (कोई नोड स्वयं का भी वंशज हो सकता है)। LCA ‘दो नोडों के बीच दूरी’, ‘दो नोडों के बीच पथ’ और BST परास-प्रश्न जैसी समस्याओं में दिखाई देता है। मध्यवर्ती स्तर की वृक्ष समस्याओं के लिए LCA को समझना आवश्यक है।
# 3
# / \
# 5 1
# / \ / \
# 6 2 0 8
# / \
# 7 4
# LCA(5, 1) = 3 (root)
# LCA(5, 4) = 5 (p itself is ancestor of q)
# LCA(6, 4) = 5
# LCA(7, 4) = 2
# Key insight: the LCA is the node where p and q
# first 'split' into different subtrees.
print('LCA: deepest node that is ancestor of both p and q')LCA का पुनरावर्ती एल्गोरिदम
सुघड़ पुनरावर्ती LCA समाधान पहला ऐसा नोड लौटाता है जो या तो p या q हो, या जिसके उपवृक्षों में दोनों मौजूद हों। यदि वर्तमान नोड p या q है, तो उसे लौटाइए। अन्यथा बाएँ और दाएँ, दोनों ओर पुनरावृत्ति कीजिए। यदि दोनों ओर से अशून्य परिणाम मिले, तो वर्तमान नोड LCA है। यदि केवल एक ओर से अशून्य परिणाम मिले, तो उस परिणाम को ऊपर भेज दीजिए। इसका समय O(n) और स्थान O(h) होता है।
def lowest_common_ancestor(root, p, q):
# Base case: empty or found one of the targets
if not root or root == p or root == q:
return root
# Search both subtrees
left = lowest_common_ancestor(root.left, p, q)
right = lowest_common_ancestor(root.right, p, q)
# If both sides found something, this node is the LCA
if left and right:
return root
# Otherwise, return whichever side found something
return left if left else right
root = TreeNode(3)
root.left = TreeNode(5)
root.right = TreeNode(1)
root.left.left = TreeNode(6)
root.left.right = TreeNode(2)
p, q = root.left, root.right # 5 and 1
lca = lowest_common_ancestor(root, p, q)
print(lca.val) # 3जब कोई नोड स्वयं का पूर्वज हो सकता है तब LCA
एक महत्वपूर्ण विशेष स्थिति यह है: यदि p, q का पूर्वज है (या इसके विपरीत), तो LCA स्वयं p होता है। पुनरावर्ती एल्गोरिदम इसे अपने-आप संभाल लेता है — p तक पहुँचते ही वह p लौटा देता है और बिना p के उपवृक्षों में जाए रुक जाता है। अभिभावक देखता है कि एक ओर से p और दूसरी ओर से रिक्त लौटा है, इसलिए वह LCA के रूप में p को ऊपर भेज देता है। LCA का कोड लिखते समय अपने परीक्षण में इस स्थिति की हमेशा जाँच कीजिए।
# Test case: p is ancestor of q
# Tree: 3 -> left=5 -> left=6
# LCA(5, 6) should be 5
root = TreeNode(3)
root.left = TreeNode(5)
root.left.left = TreeNode(6)
p = root.left # node 5
q = root.left.left # node 6
lca = lowest_common_ancestor(root, p, q)
print(lca.val) # 5 (p itself is the LCA)अभिभावक संकेतकों के साथ LCA
यदि प्रत्येक नोड में अभिभावक संकेतक हो, तो LCA की समस्या ‘दो लिंक्ड सूचियों के प्रतिच्छेदन’ की समस्या में बदल जाती है। p के पूर्वजों को एक समुच्चय में एकत्रित कीजिए, फिर q से ऊपर की ओर चलते हुए उस समुच्चय में मौजूद पहला नोड खोजिए। O(h) समय और O(h) स्थान वाला यह तरीका उन तंत्र-रचना साक्षात्कारों में आम है जहाँ आप नोड संरचना नियंत्रित करते हैं और अभिभावक संदर्भ संग्रहीत कर सकते हैं।
class NodeWithParent:
def __init__(self, val, parent=None):
self.val = val
self.parent = parent
self.left = None
self.right = None
def lca_with_parent(p, q):
ancestors = set()
# Collect all ancestors of p
node = p
while node:
ancestors.add(node)
node = node.parent
# Walk up from q until we hit a known ancestor
node = q
while node:
if node in ancestors:
return node
node = node.parent
return None
print('With parent pointers: O(h) time and space')द्विआधारी खोज वृक्ष में LCA
BST में LCA सरल होता है, क्योंकि क्रम-व्यवस्था का गुणधर्म बताता है कि प्रत्येक नोड किस उपवृक्ष में है। यदि p और q दोनों वर्तमान नोड से छोटे हैं, तो LCA बाएँ उपवृक्ष में है। यदि दोनों बड़े हैं, तो LCA दाएँ उपवृक्ष में है। अन्यथा वर्तमान नोड उन्हें अलग करता है, इसलिए वही LCA है। संतुलित BST में इससे समस्या O(log n) की रह जाती है।
def lca_bst(root, p, q):
if not root:
return None
if p.val < root.val and q.val < root.val:
return lca_bst(root.left, p, q) # both in left
if p.val > root.val and q.val > root.val:
return lca_bst(root.right, p, q) # both in right
return root # split point = LCA
# Iterative BST LCA (no recursion overhead):
def lca_bst_iter(root, p, q):
while root:
if p.val < root.val and q.val < root.val:
root = root.left
elif p.val > root.val and q.val > root.val:
root = root.right
else:
return root
return None
print('BST LCA: O(log n) for balanced trees')दो नोडों के बीच दूरी
वृक्ष में दो नोडों के बीच दूरी उन्हें जोड़ने वाले पथ पर मौजूद किनारों की संख्या के बराबर होती है। इसे सीधे LCA से निकाला जा सकता है: distance(p, q) = depth(p) + depth(q) - 2 * depth(LCA(p,q))। पहले LCA खोजिए, फिर प्रत्येक नोड की गहराई गिनिए। उचित सहायक के साथ इसका समय O(n) और स्थान O(h) होता है।
def find_depth(root, target, depth=0):
if not root:
return -1
if root == target:
return depth
left = find_depth(root.left, target, depth + 1)
if left != -1:
return left
return find_depth(root.right, target, depth + 1)
def node_distance(root, p, q):
lca = lowest_common_ancestor(root, p, q)
# depth from LCA to p and q
dp = find_depth(lca, p)
dq = find_depth(lca, q)
return dp + dq
root = TreeNode(1)
root.left = TreeNode(2)
root.right = TreeNode(3)
root.left.left = TreeNode(4)
root.left.right = TreeNode(5)
print(node_distance(root, root.left.left, root.left.right)) # 2मूल से पत्ती तक अधिकतम योग वाला पथ
मूल से पत्ती तक अधिकतम योग वाला पथ मूल से वर्तमान नोड तक के संचयी योग पर नज़र रखता है। पत्तियों पर इसकी तुलना वैश्विक अधिकतम से कीजिए। यह पूर्व-क्रम DFS है, जिसमें वर्तमान पथ का योग प्राचल के रूप में आगे भेजा जाता है। सामान्य अधिकतम पथ योग के विपरीत, यह रूप केवल मूल से पत्ती तक के पथों तक सीमित है, इसलिए सरल है — मनमाने नोड से नोड तक के पथों पर विचार करने की आवश्यकता नहीं होती।
def max_root_to_leaf_sum(root):
if not root:
return float('-inf')
best = [float('-inf')]
def dfs(node, running):
running += node.val
if not node.left and not node.right: # leaf
best[0] = max(best[0], running)
return
if node.left:
dfs(node.left, running)
if node.right:
dfs(node.right, running)
dfs(root, 0)
return best[0]
root = TreeNode(1)
root.left = TreeNode(2)
root.right = TreeNode(3)
root.left.left = TreeNode(4)
root.left.right = TreeNode(5)
print(max_root_to_leaf_sum(root)) # 1+2+5 = 8मूल से पत्ती तक संख्याओं का योग
मूल से पत्ती तक संख्याओं का योग (LeetCode #129) प्रत्येक मूल से पत्ती तक के पथ को एक दशमलव संख्या मानता है (जैसे, 1→2→3 पथ संख्या 123 को दर्शाता है) और उन सभी का योग पूछता है। पुनरावृत्ति के दौरान current_number * 10 + node.val भेजकर संख्या बनाइए। प्रत्येक पत्ती पर पूरी हुई संख्या को कुल योग में जोड़िए। यह संचित स्थिति को नीचे की ओर भेजने वाले पूर्व-क्रम DFS का स्पष्ट उदाहरण है।
def sum_numbers(root):
def dfs(node, num):
if not node:
return 0
num = num * 10 + node.val
if not node.left and not node.right: # leaf
return num
return dfs(node.left, num) + dfs(node.right, num)
return dfs(root, 0)
root = TreeNode(1)
root.left = TreeNode(2)
root.right = TreeNode(3)
print(sum_numbers(root)) # 12 + 13 = 25
root2 = TreeNode(4)
root2.left = TreeNode(9)
root2.right = TreeNode(0)
root2.left.left = TreeNode(5)
root2.left.right = TreeNode(1)
print(sum_numbers(root2)) # 495 + 491 + 40 = 1026त्वरित जाँच
इस पाठ की डेटा संरचनाएँ & एल्गोरिदम — कोडिंग साक्षात्कार की तैयारी से जुड़ी अवधारणाओं की अपनी समझ जाँचिए।
पाठ का पुनरावलोकन
इस पाठ में आपने सीखा: पथ योग के विभिन्न रूप (मूल से पत्ती तक, सभी पथ, संचयी योगों के साथ पथ योग III), सुघड़ पुनरावर्ती विभाजन का उपयोग करके निकटतम साझा पूर्वज, और क्रम-व्यवस्था के गुणधर्म का उपयोग करके O(log n) में BST LCA। आगे हम प्रविष्टि और खोज संचालन के साथ द्विआधारी खोज वृक्ष शुरू करेंगे।
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- पाठ्यक्रम
- 90
- पाठ
- 360
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इस पाठ्यक्रम के सभी पाठ
- TreeNode क्लास और स्तर-क्रम BFS
- In-Order, Pre-Order, Post-Order DFS
- व्यास, ऊँचाई और संतुलित वृक्ष
- पथ योग और न्यूनतम साझा पूर्वज