【算法系列之五】对称二叉树

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

但是下面这个 [1,2,2,null,3,null,3] 则不是镜像对称的:

    1/ \2   2\   \3    3

说明:

如果你可以运用递归和迭代两种方法解决这个问题，会很加分。

方法一：递归

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。

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。

就像人站在镜子前审视自己那样。镜中的反射与现实中的人具有相同的头部，但反射的右臂对应于人的左臂，反之亦然。

上面的解释可以很自然地转换为一个递归函数，如下所示：

public boolean isSymmetric(TreeNode root) {return isMirror(root, root);
}public boolean isMirror(TreeNode t1, TreeNode t2) {if (t1 == null && t2 == null) return true;if (t1 == null || t2 == null) return false;return (t1.val == t2.val)&& isMirror(t1.right, t2.left)&& isMirror(t1.left, t2.right);
}

复杂度分析

时间复杂度：O(n)O(n)。因为我们遍历整个输入树一次，所以总的运行时间为 O(n)O(n)，其中 nn 是树中结点的总数。
空间复杂度：递归调用的次数受树的高度限制。在最糟糕的情况下，树是线性的，其高度为 O(n)O(n)。因此，在最糟糕的情况下，由栈上的递归调用造成的空间复杂度为 O(n)O(n)。

方法二：迭代

除了递归的方法外，我们也可以利用队列进行迭代。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。最初，队列中包含的是 root 以及 root。该算法的工作原理类似于 BFS，但存在一些关键差异。每次提取两个结点并比较它们的值。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。

public boolean isSymmetric(TreeNode root) {Queue<TreeNode> q = new LinkedList<>();q.add(root);q.add(root);while (!q.isEmpty()) {TreeNode t1 = q.poll();TreeNode t2 = q.poll();if (t1 == null && t2 == null) continue;if (t1 == null || t2 == null) return false;if (t1.val != t2.val) return false;q.add(t1.left);q.add(t2.right);q.add(t1.right);q.add(t2.left);}return true;
}

复杂度分析

时间复杂度：O(n)O(n)。因为我们遍历整个输入树一次，所以总的运行时间为 O(n)O(n)，其中 nn 是树中结点的总数。
空间复杂度：搜索队列需要额外的空间。在最糟糕的情况下，我们不得不向队列中插入 O(n)O(n) 个结点。因此，空间复杂度为 O(n)O(n)。

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