Leetcode110.平衡二叉树

本文探讨了判断二叉树是否平衡的两种方法。一种是暴力递归,通过比较每个节点左右子树深度来判断,但时间复杂度较高。另一种是自底向上递归,优化了重复计算,提高效率。

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110:平衡二叉树

题目

给定一个二叉树,判断它是否是高度平衡的二叉树。
本题中,一棵高度平衡二叉树定义为:
一个二叉树每个节点 的左右两个子树的高度差的绝对值不超过1。
示例:

给定二叉树 [3,9,20,null,null,15,7],
3
/ \
9 20
    / \
    15 7

返回true。

思路一——暴力

通过调用函数分别求解左右子树的最大深度,然后求解其高度绝对差值,如果不满足条件,返回false;否则当栈空时,返回true。递归调用函数求解最大深度时时间复杂度为O(logN),同时外层要遍历二叉树,因此总体时间复杂度为O(NlogN)。

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * public class TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode left;
 *     TreeNode right;
 *     TreeNode(int x) { val = x; }
 * }
 */
class Solution {
    public boolean isBalanced(TreeNode root) {
        if(root == null) return true;
        Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
        stack.push(root);
        while(!stack.isEmpty()){
            TreeNode temp = stack.pop();
            int len1 = maxDepth(temp.left);
            int len2 = maxDepth(temp.right);
            if(Math.abs(len1 - len2) > 1)return false;
            if(temp.left != null)stack.push(temp.left);
            if(temp.right != null)stack.push(temp.right);
        }
        return true;
    }
    //求解最大深度
    public int maxDepth(TreeNode root){
        if(root == null) return 0;
        int min1 = maxDepth(root.left);
        int min2 = maxDepth(root.right);
        return Math.max(min1, min2) + 1;
    }
}

执行结果1
简化代码:
由于该代码不需要入栈出栈操作,运行时间提高了。

class Solution {
    public boolean isBalanced(TreeNode root) {
        if(root == null) return true;
    
        return Math.abs(maxDepth(root.right) - maxDepth(root.left)) < 2 && isBalanced(root.left) && isBalanced(root.right);
    }
    //求解最大深度
    public int maxDepth(TreeNode root){
        if(root == null) return 0;
        int min1 = maxDepth(root.left);
        int min2 = maxDepth(root.right);
        return Math.max(min1, min2) + 1;
    }
}

执行结果2

思路二

由于思路一中在反复调用求解高度,以及判断左右子树是否为平衡子树,存在大量冗余。可以采用自底向上的方法,即先序遍历,如果左子树不是平衡二叉树,返回-1,如果右子不是平衡二叉树,返回-1,不需要计算其他的子树是否为平衡二叉树;否则判断该结点是否为平衡二叉树,如果不是返回-1 ,否则返回该结点的最大深度。根据返回值判断是否为平衡二叉树,如果为-1,则返回false,否则返回true。

class Solution {
    public boolean isBalanced(TreeNode root) {
        return recur(root) != -1;
    }
    //递归求解是否为平衡二叉树,否返回-1,自底向上,提前阻断
    public int recur(TreeNode root){
        if(root == null) return 0;
        int min1 = recur(root.left);
        if(min1 == -1) return -1;
        int min2 = recur(root.right);
        if(min2 == -1) return -1;
        return Math.abs(min1 - min2) < 2 ? Math.max(min1 , min2) + 1 : -1;
    }
}

执行结果2

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