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:

  1. 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;
  2. 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。

图片说明

图中,红色箭头方向为递归方向,绿色箭头方向为回溯方向。

  1. 当结点为空时,其高度为0;
  2. 当结点无左孩子、右孩子时,其高度为1;
  3. 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:

  1. 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;
  2. 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。
图片说明

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)。

全部评论
第一种解法种对叶子节点的判断,然后返回1,似乎是多余的。
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发布于 2022-04-01 20:07
关于最后一种解法,如果树是一颗镜像树,且子树中包含不平衡的子树,该算法是不是就不适用了
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发布于 2022-06-13 15:02

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