LeetCode 热题 HOT 100 - 110. 平衡二叉树

本文介绍两种判断二叉树是否平衡的方法:自顶向下和自底向上递归。自顶向下递归通过计算节点高度来判断,时间复杂度较高;自底向上递归则避免了重复计算,提高了效率。

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根据定义,一棵二叉树是平衡二叉树,当且仅当其所有子树也都是平衡二叉树,因此可以使用递归的方式判断二叉树是不是平衡二叉树,递归的顺序可以是自顶向下或者自底向上。

思路1:自顶向下递归

定义函数height,用于计算二叉树中的任意一个节点 p 的高度:

有了计算节点高度的函数,即可判断二叉树是否平衡。具体做法类似于二叉树的前序遍历,即对于当前遍历到的节点,首先计算左右子树的高度,如果左右子树的高度差是否不超过 11,再分别递归地遍历左右子节点,并判断左子树和右子树是否平衡。这是一个自顶向下的递归的过程。

——时间复杂度:O(N2) 其中N是二叉树中的节点个数

——空间复杂度:O(N) 空间复杂度主要取决于递归调用的层数,递归调用的层数不会超过 N

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * public class TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode left;
 *     TreeNode right;
 *     TreeNode() {}
 *     TreeNode(int val) { this.val = val; }
 *     TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right) {
 *         this.val = val;
 *         this.left = left;
 *         this.right = right;
 *     }
 * }
 */
class Solution {
    public boolean isBalanced(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return true;
        } else {
            return Math.abs(height(root.left) - height(root.right)) <= 1 && isBalanced(root.left) && isBalanced(root.right);
        }
    }

    public int height(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return 0;
        } else {
            return Math.max(height(root.left), height(root.right)) + 1;
        }
    }
}

√思路2:自底向上递归

思路1由于是自顶向下递归,因此对于同一个节点,函数height 会被重复调用,导致时间复杂度较高。如果使用自底向上的做法,则对于每个节点,函数height 只会被调用一次。(上层可以依赖下层的值)

自底向上递归的做法类似于后序遍历,对于当前遍历到的节点,先递归地判断其左右子树是否平衡,再判断以当前节点为根的子树是否平衡。如果一棵子树是平衡的,则返回其高度(高度一定是非负整数),否则返回 −1。如果存在一棵子树不平衡,则整个二叉树一定不平衡。

——时间复杂度:O(N) 使用自底向上的递归,每个节点的计算高度和判断是否平衡都只需要处理一次,最坏情况下需要遍历二叉树中的所有节点,因此时间复杂度是 O(N)

——空间复杂度:O(N) 空间复杂度主要取决于递归调用的层数,递归调用的层数不会超过 N

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * public class TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode left;
 *     TreeNode right;
 *     TreeNode() {}
 *     TreeNode(int val) { this.val = val; }
 *     TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right) {
 *         this.val = val;
 *         this.left = left;
 *         this.right = right;
 *     }
 * }
 */
class Solution {
    public boolean isBalanced(TreeNode root) {
        return height(root) >= 0;
    }

    public int height(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return 0;
        }
        int leftHeight = height(root.left);
        int rightHeight = height(root.right);
        if (leftHeight == -1 || rightHeight == -1 || Math.abs(leftHeight - rightHeight) > 1) {
            return -1;
        } else {
            return Math.max(leftHeight, rightHeight) + 1;
        }
    }
}

 

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