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平衡二叉树判断

题目
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。给定一个二叉树,判断它是否是高度平衡的二叉树。

示例如下:

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示例 1:
给定二叉树 [3,9,20,null,null,15,7]
    3
   / \
  9  20
    /  \
   15   7
返回 true 

示例 2:
给定二叉树 [1,2,2,3,3,null,null,4,4]
       1
      / \
     2   2
    / \
   3   3
  / \
 4   4
返回 false 

思路一:暴力迭代

从本质上讲,要求所有子树的高度差不大于1,

所以我们直接暴力求解,遍历所有节点的左右子树高度,求差,看是否符合要求。

代码:

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class Solution:
    # 求高度
    def getHight(self, node):
        if node is None:
            return 0
        else:
            return max(self.getHight(node.left), self.getHight(node.right)) + 1

    # 暴力遍历每个节点的左右子树高度差
    def isBalanced1(self, root: TreeNode) -> bool:
        if root is None:
            return True
        # 判断左右子树是否平衡,如果平衡,看高度差是否大于1
        if (self.isBalanced1(root.left) and self.isBalanced1(root.right) and 
        abs(self.getHight1(root.left) - self.getHight1(root.right)) <= 1):
            return True
        else:
            return False

思路二:自下而上递归

递归,实际上对思路一的优化,

思路一中存在大量重复的计算,按理说只需要从下往上计算一次就应该可以判断出来,

设置一个全局变量flag = True

递归地计算每一层左右子树的高度,遇到差值大于1的,更改全局变量flag = False

最后返回全局变量。

代码如下:

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class Solution:
    # 定义全局控制变量
    def __init__(self):
        self.flag = True
  
    # 从下往上的一次性递归判断
    def isBalanced2(self, root):
        self.getHight2(root)
        return self.flag

    def getHight2(self, node):
        if node is None:
            return 0
        left = self.getHight2(node.left)
        right = self.getHight2(node.right)
        if abs(left-right) > 1:
            self.flag = False
        return max(left, right) + 1
问题

其实上述递归的方法还有一个缺点就是没有在发现已经不是平衡树的时候提前退出递归,

网上大多给出的方法是通过对全局变量来捕获异常,但是捕获异常的机制反而导致运行时间更长,不如直接一层层退出递归。

思路三:多值递归

思路二需要设置一个全局变量,

我们可以让返回的信息应该是既包含子树的深度的int类型的值,又包含子树是否是平衡二叉树的bool类型的值

代码如下:

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# 定义返回的结果类,包括树的深度和子树是否平衡的bool值
class Result:
    def __init__(self, detpth, isb):
        self.detpth = detpth
        self.isb = isb

class Solution:
    def main(self, root):
        # 最后返回"返回值"的布尔值
        return self.isBalanced3(root).isb

    def isBalanced3(self, node):
        if node is None:
            return Result(0, True)
        left = self.isBalanced3(node.left)
        right = self.isBalanced3(node.right)
        # 非平衡的情况:任意子树不平衡、左右子树高度差大于1
        if left.isb is False or right.isb is False:
            return Result(0, False)
        if abs(left.detpth - right.detpth) > 1:
            return Result(0, False)
        return Result(max(left.detpth, right.detpth)+1, True)