题解 | #平衡二叉树#
平衡二叉树
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解法一:自顶向下
一棵二叉树为「平衡二叉树」的条件为:该树为空树,或者其左右子树的高度差最大为1。因此,判断一棵二叉树是否平衡需要求其子树高度,并比较左右子树高度差。
因此此题的解题步骤如下:
- 设计「求二叉树高度」的函数
getHeight(root)
,作用是求以root为根结点的二叉树高度; - 遍历原二叉树,对其每个结点调用
getHeight(root)
函数,若存在某左右子树的高度差大于等于2,则是不平衡的;否则是平衡二叉树。
求取二叉树高度的思路如图所示。
图中,红色箭头方向为递归方向,绿色箭头方向为回溯方向。
- 当结点为空时,其高度为0;
- 当结点无左孩子、右孩子时,其高度为1;
- 否则,该结点的高度为max(左子树高度,右子树高度) + 1。(加1是因为要加上该结点本身)
实现的代码如下:
class Solution { public: bool IsBalanced_Solution(TreeNode* root) { if (!root) return true; // 分别求左子树和右子树高度 int leftHeight = getHeight(root->left), rightHeight = getHeight(root->right); // 若子树高度之差大于1,返回false if (abs(leftHeight - rightHeight) > 1) return false; // 递归地判断左右子树是否平衡 return IsBalanced_Solution(root->left) && IsBalanced_Solution(root->right); } // 求子树高度 int getHeight(TreeNode* root) { if (!root) return 0; if (!root->left && !root->right) return 1; // 叶子结点 return 1 + max(getHeight(root->left), getHeight(root->right)); } };
在计算一个结点的高度时,平均情况下时间复杂度为O(logN);且对于每个结点分别计算其高度,故总时间复杂度为O(NlogN);该算法需要递归地遍历每个结点,因此空间复杂度为O(N)。
解法二:自底向上
解法一在「计算二叉树高度」时遍历了树的结点,在「判断是否平衡」时又遍历了一次树的结点,因此产生了重复计算。
针对解法一的优化是采用「自底向上」的解题思路:
- 从最底的叶子结点开始,计算该结点的高度。若该结点不平衡,则直接返回-1,不用继续计算其他结点高度,否则返回其高度;
- 若自底向上的过程中一直都是平衡的,则最终的树是平衡的。
此方法每个结点(最坏时)仅会遍历一次,不会有重复计算。
实现的代码如下:
class Solution { public: bool IsBalanced_Solution(TreeNode* pRoot) { if (!pRoot) return true; return getHeight(pRoot) >= 0; // 若结果不是-1,则是平衡的 } int getHeight(TreeNode* root) { if (!root) return 0; // 左子树高度 int left = getHeight(root->left); if (left == -1) return -1; // 若左子树高度为-1,则不平衡 int right = getHeight(root->right); // 右子树高度 if (right == -1 || abs(left - right) >= 2) return -1; // 若右子树高度为-1,或左右子树高度之差大于1,则不平衡 return 1 + max(left, right); // 返回该结点高度 } };
该方法(最坏情况)访问每个结点一次,因此时间复杂度为O(N),该方法需要递归遍历每个结点,需要函数调用的开销,空间复杂度为O(N)。