[LeetCode] Binary Tree Maximum Path Sum（最大路径和）

Given a binary tree, find the maximum path sum.

The path may start and end at any node in the tree.

For example:
Given the below binary tree,

       1
      /      2   3

Return 6.

题目意思很简单，就是给定一棵二叉树，求最大路径和。path 可以从任意 node 开始，到任意 node 结束。

这道题在 LeetCode 上的通过率只有 20% 多一点，并被标记为 Hard ，但实际上这是一道相当好的问题，在北美的 CS 求职面试中也是一道高频题，下文我将尝试用最容易理解的方式去分析这道题目。

我的思路

1. 我们直接从题目的问题来分析。给定一棵二叉树，我们怎么来求其最大路径和呢？稍做思考，不难得到以下结论：

当前二叉树的双路

最大路径和 = max(左子树的双路最大路径和, 右子树的双路最大路径和, 当前二叉树在包含根结点情况下的双路最大路径和);

2. 很显然，要解决上面的问题，关键在于怎么求二叉树在包含根结点情况下的双路最大路径和，而要求二叉树在包含根结点情况下的双路最大路径和，首先得先求二叉树的单路最大路径和，请看以下分析：

当前二叉树的单路

最大路径和 = max(左子树的单路最大路径和 + 根结点值, 右子树的单路最大路径和 + 根结点值, 根结点值);

当前二叉树在包含根结点情况下的双路

最大路径和 = 左子树的单路最大路径和 + 根结点值 + 右子树的单路最大路径和;

3. 通过 1 和 2，我们很容易发现，该题可以采用分治法来解决，实际上，与二叉树有关的绝大多数问题，我们都可以采用分治的思想。通常，分治法避免使用全局变量，因此我将会封装一个 returnType 类型，来作为返回值，如下：

struct returnType
{
    returnType(const int maxSinglePathSum, const int maxDoublePathSum)
             : maxSinglePathSum_(maxBranch), maxDoublePathSum_(maxSum)
    { }

    int maxSinglePathSum_;
    int maxDoublePathSum_;
};

4. 可以 AC 的完整源代码如下：

/**
 * Definition for binary tree
 * struct TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode *left;
 *     TreeNode *right;
 *     TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {}
 * };
 */

struct returnType
{
    returnType(const int maxSinglePathSum, const int maxDoublePathSum)
             : maxSinglePathSum_(maxSinglePathSum), maxDoublePathSum_(maxDoublePathSum)
    { }

    int maxSinglePathSum_;
    int maxDoublePathSum_;
};

class Solution
{
public:
    

    int maxPathSum(TreeNode *root)
    {
        return maxPathRec(root).maxDoublePathSum_;
    }

    returnType maxPathRec(TreeNode *root)
    {
        if (root == NULL)
        {
            return returnType(0, numeric_limits<int>::min());
        }

        // Devide
        returnType left  = maxPathRec(root->left);
        returnType right = maxPathRec(root->right);

        // Conquer
        int subMaxSinglePathSum = max(left.maxSinglePathSum_, right.maxSinglePathSum_);
        int maxSinglePathSum    = root->val;
        maxSinglePathSum        = max(subMaxSinglePathSum + maxSinglePathSum, maxSinglePathSum);

        int subMaxDoublePathSum = max(left.maxDoublePathSum_, right.maxDoublePathSum_);
        int maxDoublePathSum    = max(maxSinglePathSum, left.maxSinglePathSum_ + root->val + right.maxSinglePathSum_);
        maxDoublePathSum        = max(subMaxDoublePathSum, maxDoublePathSum);

        return returnType(maxSinglePathSum, maxDoublePathSum);
    }
};