101:对称二叉树

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huangge1199 2021-10-26 10:01:20 +08:00
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//给定一个二叉树检查它是否是镜像对称的
//
//
//
// 例如二叉树 [1,2,2,3,4,4,3] 是对称的
//
// 1
// / \
// 2 2
// / \ / \
//3 4 4 3
//
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// 但是下面这个 [1,2,2,null,3,null,3] 则不是镜像对称的:
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// 1
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// 2 2
// \ \
// 3 3
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// 进阶
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// 你可以运用递归和迭代两种方法解决这个问题吗
// Related Topics 深度优先搜索 广度优先搜索 二叉树 👍 1583 👎 0
package leetcode.editor.cn;
import com.code.leet.entiy.TreeNode;
//101:对称二叉树
class SymmetricTree {
public static void main(String[] args) {
//测试代码
Solution solution = new SymmetricTree().new Solution();
}
//力扣代码
//leetcode submit region begin(Prohibit modification and deletion)
/**
* 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 isSymmetric(TreeNode root) {
return dfs(root.left, root.right);
}
private boolean dfs(TreeNode node1, TreeNode node2) {
if (node1 == null && node2 == null) {
return true;
}
if (node1 == null || node2 == null) {
return false;
}
if (node1.val != node2.val) {
return false;
}
if (!dfs(node1.left, node2.right)) {
return false;
}
return dfs(node1.right, node2.left);
}
}
//leetcode submit region end(Prohibit modification and deletion)
}

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@ -0,0 +1,30 @@
<p>给定一个二叉树,检查它是否是镜像对称的。</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>例如,二叉树&nbsp;<code>[1,2,2,3,4,4,3]</code> 是对称的。</p>
<pre> 1
/ \
2 2
/ \ / \
3 4 4 3
</pre>
<p>&nbsp;</p>
<p>但是下面这个&nbsp;<code>[1,2,2,null,3,null,3]</code> 则不是镜像对称的:</p>
<pre> 1
/ \
2 2
\ \
3 3
</pre>
<p>&nbsp;</p>
<p><strong>进阶:</strong></p>
<p>你可以运用递归和迭代两种方法解决这个问题吗?</p>
<div><div>Related Topics</div><div><li></li><li>深度优先搜索</li><li>广度优先搜索</li><li>二叉树</li></div></div><br><div><li>👍 1583</li><li>👎 0</li></div>

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@ -0,0 +1,232 @@
### 📺 视频题解
![101. 对称二叉树.mp4](https://leetcode-cn.com/problems/symmetric-tree/solution/dui-cheng-er-cha-shu-by-leetcode-solution/d45ef3c2-7ecd-4a10-b1f4-1ea3be6ce8c8)
### 📖 文字题解
#### 方法一:递归
**思路和算法**
如果一个树的左子树与右子树镜像对称,那么这个树是对称的。
![fig1](https://assets.leetcode-cn.com/solution-static/101/101_fig1.PNG)
因此,该问题可以转化为:两个树在什么情况下互为镜像?
如果同时满足下面的条件,两个树互为镜像:
+ 它们的两个根结点具有相同的值
+ 每个树的右子树都与另一个树的左子树镜像对称
![fig2](https://assets.leetcode-cn.com/solution-static/101/101_fig2.PNG)
我们可以实现这样一个递归函数,通过「同步移动」两个指针的方法来遍历这棵树,$p$ 指针和 $q$ 指针一开始都指向这棵树的根,随后 $p$ 右移时,$q$ 左移,$p$ 左移时,$q$ 右移。每次检查当前 $p$ 和 $q$ 节点的值是否相等,如果相等再判断左右子树是否对称。
代码如下。
* [sol1-C++]
```cpp
class Solution {
public:
bool check(TreeNode *p, TreeNode *q) {
if (!p && !q) return true;
if (!p || !q) return false;
return p->val == q->val && check(p->left, q->right) && check(p->right, q->left);
}
bool isSymmetric(TreeNode* root) {
return check(root, root);
}
};
```
* [sol1-Java]
```Java
class Solution {
public boolean isSymmetric(TreeNode root) {
return check(root, root);
}
public boolean check(TreeNode p, TreeNode q) {
if (p == null && q == null) {
return true;
}
if (p == null || q == null) {
return false;
}
return p.val == q.val && check(p.left, q.right) && check(p.right, q.left);
}
}
```
* [sol1-Golang]
```golang
func isSymmetric(root *TreeNode) bool {
return check(root, root)
}
func check(p, q *TreeNode) bool {
if p == nil && q == nil {
return true
}
if p == nil || q == nil {
return false
}
return p.Val == q.Val && check(p.Left, q.Right) && check(p.Right, q.Left)
}
```
* [sol1-TypeScript]
```TypeScript
const check = (p: TreeNode | null, q: TreeNode | null): boolean => {
if (!p && !q) return true;
if (!p || !q) return false;
return p.val === q.val && check(p.left, q.right) && check(p.right, q.left);
}
var isSymmetric = function(root: TreeNode | null): boolean {
return check(root, root);
};
```
**复杂度分析**
假设树上一共 $n$ 个节点。
+ 时间复杂度:这里遍历了这棵树,渐进时间复杂度为 $O(n)$。
+ 空间复杂度:这里的空间复杂度和递归使用的栈空间有关,这里递归层数不超过 $n$,故渐进空间复杂度为 $O(n)$。
#### 方法二:迭代
**思路和算法**
「方法一」中我们用递归的方法实现了对称性的判断,那么如何用迭代的方法实现呢?首先我们引入一个队列,这是把递归程序改写成迭代程序的常用方法。初始化时我们把根节点入队两次。每次提取两个结点并比较它们的值(队列中每两个连续的结点应该是相等的,而且它们的子树互为镜像),然后将两个结点的左右子结点按相反的顺序插入队列中。当队列为空时,或者我们检测到树不对称(即从队列中取出两个不相等的连续结点)时,该算法结束。
* [sol2-C++]
```cpp
class Solution {
public:
bool check(TreeNode *u, TreeNode *v) {
queue <TreeNode*> q;
q.push(u); q.push(v);
while (!q.empty()) {
u = q.front(); q.pop();
v = q.front(); q.pop();
if (!u && !v) continue;
if ((!u || !v) || (u->val != v->val)) return false;
q.push(u->left);
q.push(v->right);
q.push(u->right);
q.push(v->left);
}
return true;
}
bool isSymmetric(TreeNode* root) {
return check(root, root);
}
};
```
* [sol2-Java]
```Java
class Solution {
public boolean isSymmetric(TreeNode root) {
return check(root, root);
}
public boolean check(TreeNode u, TreeNode v) {
Queue<TreeNode> q = new LinkedList<TreeNode>();
q.offer(u);
q.offer(v);
while (!q.isEmpty()) {
u = q.poll();
v = q.poll();
if (u == null && v == null) {
continue;
}
if ((u == null || v == null) || (u.val != v.val)) {
return false;
}
q.offer(u.left);
q.offer(v.right);
q.offer(u.right);
q.offer(v.left);
}
return true;
}
}
```
* [sol2-Golang]
```golang
func isSymmetric(root *TreeNode) bool {
u, v := root, root
q := []*TreeNode{}
q = append(q, u)
q = append(q, v)
for len(q) > 0 {
u, v = q[0], q[1]
q = q[2:]
if u == nil && v == nil {
continue
}
if u == nil || v == nil {
return false
}
if u.Val != v.Val {
return false
}
q = append(q, u.Left)
q = append(q, v.Right)
q = append(q, u.Right)
q = append(q, v.Left)
}
return true
}
```
* [sol2-TypeScript]
```TypeScript
const check = (u: TreeNode | null, v: TreeNode | null): boolean => {
const q: (TreeNode | null)[] = [];
q.push(u),q.push(v);
while (q.length) {
u = q.shift()!;
v = q.shift()!;
if (!u && !v) continue;
if ((!u || !v) || (u.val !== v.val)) return false;
q.push(u.left);
q.push(v.right);
q.push(u.right);
q.push(v.left);
}
return true;
}
var isSymmetric = function(root: TreeNode | null): boolean {
return check(root, root);
};
```
**复杂度分析**
+ 时间复杂度:$O(n)$,同「方法一」。
+ 空间复杂度:这里需要用一个队列来维护节点,每个节点最多进队一次,出队一次,队列中最多不会超过 $n$ 个点,故渐进空间复杂度为 $O(n)$。

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