Java 树结构多个子几点找到根节点

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Java 树结构：从多个子节点找到根节点

树结构是一种广泛应用于计算机科学中的数据结构，特别是在表示具有层级关系的数据时。在 Java 中，树结构通常由节点（Node）组成，每个节点可以有零个或多个子节点。本文将探讨如何从多个子节点找到树的根节点，同时提供相关的代码示例和图形表示。

树的基本概念

树（Tree）是一种非线性层次数据结构，由一组节点组成。树的基本术语包括：

节点（Node）：树的基本单位。
根节点（Root Node）：树的顶部节点，没有父节点。
子节点（Child Node）：某个节点的下一级节点。
父节点（Parent Node）：某个节点的上一级节点。
叶节点（Leaf Node）：没有子节点的节点。

问题描述

在某些应用中，我们可能需要通过多个子节点找到它们的根节点。例如，给定几个子节点，我们要找出这些节点的共同根节点。这个过程可以通过遍历树来实现。

状态图

为了更好地理解树节点之间的关系，我们先来看看状态图。以下是树结构的状态图，展示了根节点、子节点及其关系。

stateDiagram
    [*] --> RootNode
    RootNode --> ChildNode1
    RootNode --> ChildNode2
    ChildNode1 --> LeafNode1
    ChildNode1 --> LeafNode2
    ChildNode2 --> LeafNode3
    ChildNode2 --> LeafNode4

类图

接下来我们来看看树的类图，展示了如何在 Java 中定义节点类。

classDiagram
    class Node {
        +String name
        +List<Node> children
        +Node(String name)
        +void addChild(Node child)
        +Node findRoot(List<Node> nodes)
    }

在这个类图中，我们定义了 Node 类，包含节点名称、子节点列表以及添加子节点和查找根节点的方法。

实现代码

下面是一个简单的 Java 实现，包括节点类和查找根节点的方法。

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

class Node {
    String name;
    List<Node> children;

    public Node(String name) {
        this.name = name;
        this.children = new ArrayList<>();
    }

    public void addChild(Node child) {
        children.add(child);
    }

    public Node findRoot(List<Node> nodes) {
        Map<Node, Integer> childCountMap = new HashMap<>();
        // 记录每个节点的父节点数
        for (Node node : nodes) {
            for (Node child : node.children) {
                childCountMap.put(child, childCountMap.getOrDefault(child, 0) + 1);
            }
        }
        
        // 查找不存在于子节点列表中的节点，即根节点
        for (Node node : nodes) {
            if (!childCountMap.containsKey(node)) {
                return node;
            }
        }

        return null; // 如果没找到根节点
    }
}

示例用法

下面是如何使用 Node 类及其方法的示例，创建一个树并找到根节点。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Node root = new Node("Root");
        Node child1 = new Node("Child 1");
        Node child2 = new Node("Child 2");
        Node leaf1 = new Node("Leaf 1");
        Node leaf2 = new Node("Leaf 2");

        root.addChild(child1);
        root.addChild(child2);
        child1.addChild(leaf1);
        child1.addChild(leaf2);

        List<Node> nodes = new ArrayList<>();
        nodes.add(leaf1);
        nodes.add(leaf2);
        nodes.add(child1);
        nodes.add(root);

        Node foundRoot = root.findRoot(nodes);
        System.out.println("Found Root Node: " + foundRoot.name);
    }
}