104. Maximum Depth of Binary Tree

leetcode/arai60/memo.md

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+# 104. Maximum Depth of Binary Tree
+* 問題: https://leetcode.com/problems/maximum-depth-of-binary-tree/
+* 言語: Python
+
+# Step1
+* 二分木の最大の深さ（高さ）を求める
+* 幅優先探索（BFS）で深さを記録していく
+
+## すべてのテストケースを通過しないコード
+```py
+class Solution:
+    def maxDepth(self, root: Optional[TreeNode]) -> int:
+        if root is None:
+            return 0
+
+        node = root
+        visited_nodes = deque([node])
+        candidate_tree_depth = []
+        tree_depth = 1
+
+        while visited_nodes:
+            node = visited_nodes.popleft()
+            if node.left:
+                visited_nodes.append(node.left)
+                tree_depth += 1
+            if node.right:
+                visited_nodes.append(node.right)
+                tree_depth += 1
+            if not node.left and not node.right:
+                candidate_tree_depth.append(tree_depth)
+                tree_depth = 1
+
+        return max(candidate_tree_depth)
+```
+* 完全二分木の場合はうまく動くが、そうでない場合は誤答を返す
+* 40分ほど経っていたので正答を見る
+
+## 正答
+```py
+class Solution:
+    def maxDepth(self, root: Optional[TreeNode]) -> int:
+        if not root:
+            return 0
+
+        visited_nodes = deque([root])
+        tree_depth = 0
+
+        while visited_nodes:
+            tree_depth += 1
+
+            for _ in range(len(visited_nodes)):
+                node = visited_nodes.popleft()
+                if node.left:
+                    visited_nodes.append(node.left)
+                if node.right:
+                    visited_nodes.append(node.right)
+
+        return tree_depth
+```
+* 同じくBFSを使った方法
+* 木のそれぞれの高さ（level）ごとに、その次の同じ高さにあるノードを追加していく
+
+# Step2
+## 他人のコードを読む
+* 典型コメント: https://docs.google.com/document/d/11HV35ADPo9QxJOpJQ24FcZvtvioli770WWdZZDaLOfg/edit?tab=t.0#heading=h.27jfjzhov3la
+* https://github.com/sakupan102/arai60-practice/pull/21
+  - Python
+  - 深さ優先探索（DFS）を使った方法
+    - 再帰によるDFS・下から走査するボトムアップ方式
+    ```py
+    class Solution:
+        def maxDepth(self, root: Optional[TreeNode]) -> int:
+            if not root:
+                return 0
+            right_depth = self.maxDepth(root.right)
+            left_depth = self.maxDepth(root.left)
+            return max(right_depth, left_depth) + 1
+    ```
+    - スタックによるDFS・上から配るトップダウン方式
+    ```py
+    class Solution:
+        def maxDepth(self, root: Optional[TreeNode]) -> int:
+            if not root:
+                return 0
+            node_and_depth = [(root, 1)]
+            max_depth = 1
+            while node_and_depth:
+                node, depth = node_and_depth.pop()
+                max_depth = max(max_depth, depth)
+                if node.right:
+                    node_and_depth.append((node.right, depth + 1))
+                if node.left:
+                    node_and_depth.append((node.left, depth + 1))
+            return max_depth
+    ```
+    - 再帰によるDFS・上から配るトップダウン方式
+    ```py
+    class Solution:
+        def maxDepth(self, root: Optional[TreeNode]) -> int:
+            max_depth = 0
+            def dive_into_leaf(node, depth):
+                nonlocal max_depth
+                if not node:
+                    return
+                max_depth = max(max_depth, depth)
+                dive_into_leaf(node.left, depth + 1)
+                dive_into_leaf(node.right, depth + 1)
+            dive_into_leaf(root, 1)
+            return max_depth
+    ```
+    - スタックによるDFS・下から走査するボトムアップ方式
+    ```py
+    class Solution:
+        def maxDepth(self, root: Optional[TreeNode]) -> int:
+            if not root: 
+                return 0
+            node_info = [("go", (root, None, [None], [None], [None]))] # (node, direction, depth, left_depth, right_depth)
+            while node_info:
+                go_back_flag, args = node_info.pop()
+                if go_back_flag == "go":
+                    node, direction, depth_ref, left_depth_ref, right_depth_ref = args
+                    if not node:
+                        depth_ref[0] = 0
+                        continue
+                    node_info.append(("back", args))
+                    node_info.append(("go", (node.left, "left", left_depth_ref,[None], [None])))
+                    node_info.append(("go", (node.right, "right", right_depth_ref, [None], [None])))
+                if go_back_flag == "back":
+                    node, direction, depth_ref, left_depth_ref, right_depth_ref = args
+                    depth_ref[0] = max(left_depth_ref[0], right_depth_ref[0]) + 1
+                    if not direction:
+                        return depth_ref[0]
+    ```
+    ![](stack-visualization.svg)
+      - Claude 4 Opusで作成
+
+# Step3
+* スタックによるDFS・上から配るトップダウン方式
+```py
+class Solution:
+    def maxDepth(self, root: Optional[TreeNode]) -> int:
+        if not root:
+            return 0
+
+        node_and_depth = [(root, 1)]
+        max_depth = 0
+
+        while node_and_depth:
+            node, depth = node_and_depth.pop()
+            max_depth = max(max_depth, depth)
+            if node.right:
+                node_and_depth.append((node.right, depth + 1))
+            if node.left:
+                node_and_depth.append((node.left, depth + 1))
+
+        return max_depth
+```
+* 解答時間
+  - 1回目: 1:45
+  - 2回目: 2:08
+  - 3回目: 2:17