数据结构与算法之二叉树: LeetCode 226. 翻转二叉树 (Ts, Py, Go版)

翻转二叉树

• https://leetcode.cn/problems/invert-binary-tree/

描述

• 给你一棵二叉树的根节点 root ，翻转这棵二叉树，并返回其根节点。

示例 1

       4                                4
    /     \                          /     \
   2       7          ===>          7       2
  / \     / \                      / \     / \
 1   3   6   9                    9   6   3   1

输入：root = [4,2,7,1,3,6,9]
输出：[4,7,2,9,6,3,1]

示例 2

       2                                2
    /     \          ===>            /     \
   1       3                        3       1

输入：root = [2,1,3]
输出：[2,3,1]

示例 3

输入：root = []
输出：[]

提示

• 树中节点数目范围在 [0, 100] 内
• -100 <= Node.val <= 100

Typescript 版算法实现

1 ）深度优先递归版本

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * class TreeNode {
 *     val: number
 *     left: TreeNode | null
 *     right: TreeNode | null
 *     constructor(val?: number, left?: TreeNode | null, right?: TreeNode | null) {
 *         this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 *         this.left = (left===undefined ? null : left)
 *         this.right = (right===undefined ? null : right)
 *     }
 * }
 */

function invertTree(root: TreeNode | null): TreeNode | null {
    // 如果是叶子节点，没有左右子树，这里为null, 则停止
    if(!root) return null;
    // 将翻转树返回
    return {
        val: root.val,
        left: invertTree(root.right),
        right: invertTree(root.left)
    }
}

• 解题思路
  • 先翻转左右子树，再将子树换个位置
  • 符合：分、解、合 特性
• 解题步骤
  • 分：获取左右子树
  • 解：递归地翻转左右子树
  • 合：将翻转后的左右子树换个位置放到根节点
• 时间复杂度：O(n)
• 空间复杂度：需要存放 O(h) 个函数调用(h是树的高度)，所以是 O(h)

2 ）广度优先迭代实现

function invertTree(root: TreeNode | null): TreeNode | null {
    if (!root) return null;
    const queue: (TreeNode | null)[] = [root]; // 队列
    while(queue.length) {
        const qTop = queue.shift(); // 取出队首
        [qTop.left, qTop.right] = [qTop.right, qTop.left]; // 交换左右节点 (关键)
        if (qTop.left) queue.push(qTop.left); // 左孩子入队
        if (qTop.right) queue.push(qTop.right); // 右孩子入队
    }
    return root;
}

• 使用广度优先遍历处理
• 时间复杂度：O(n)
• 空间复杂度：O(n)

Python3 版算法实现

1 ) 方案1

# Definition for a binary tree node.
# class TreeNode:
#     def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
#         self.val = val
#         self.left = left
#         self.right = right

class Solution:
    def invertTree(self, root: Optional[TreeNode]) -> Optional[TreeNode]:
        # 如果是叶子节点，没有左右子树，这里为None, 则停止
        if not root:
            return None
        # 将翻转树返回
        return TreeNode(
            val=root.val,
            left=self.invertTree(root.right),
            right=self.invertTree(root.left)
        )

2 ）方案2

# Definition for a binary tree node.
# class TreeNode:
#     def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
#         self.val = val
#         self.left = left
#         self.right = right

class Solution:
    def invertTree(self, root: Optional[TreeNode]) -> Optional[TreeNode]:
        if not root:
            return None
        queue = [root]  # 队列
        while queue:
            qTop = queue.pop(0)  # 取出队首
            # 交换左右节点 (关键)
            qTop.left, qTop.right = qTop.right, qTop.left
            # 左孩子入队
            if qTop.left:
                queue.append(qTop.left)
            # 右孩子入队
            if qTop.right:
                queue.append(qTop.right)
        return root

Golang 版算法实现

1 ) 方案1

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * type TreeNode struct {
 *     Val int
 *     Left *TreeNode
 *     Right *TreeNode
 * }
 */
 
// 翻转二叉树
func invertTree(root *TreeNode) *TreeNode {
	// 如果是叶子节点，没有左右子树，这里为nil, 则停止
	if root == nil {
		return nil
	}
	// 将翻转树返回
	return &TreeNode{
		Val:   root.Val,
		Left:  invertTree(root.Right),
		Right: invertTree(root.Left),
	}
}

2 ）方案2

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * type TreeNode struct {
 *     Val int
 *     Left *TreeNode
 *     Right *TreeNode
 * }
 */
 
func invertTree(root *TreeNode) *TreeNode {
	if root == nil {
		return nil
	}
	queue := []*TreeNode{root} // 队列
	for len(queue) > 0 {
		qTop := queue[0] // 取出队首
		queue = queue[1:] // 移除队首元素

		// 交换左右节点 (关键)
		qTop.Left, qTop.Right = qTop.Right, qTop.Left

		// 左孩子入队
		if qTop.Left != nil {
			queue = append(queue, qTop.Left)
		}
		// 右孩子入队
		if qTop.Right != nil {
			queue = append(queue, qTop.Right)
		}
	}
	return root
}